嵌入式学习——网络编程（UDP）——day30

  • 开发
  • 8

1. 协议

        通信双方约定的一套标准成为协议

2. 国际网络协议标准

2.1 OSI七层模型(理论模型)

            应用层:传输的数据（a.out）
            表示层:数据是否加密
            会话层:是否需要建立会话链接（网络断开连接状态）
            传输层:传输数据的方式（TCP、UDP）
            网络层:数据路由（IP地址）
            数据链路层:局域网内的数据传输（交换机局域网内多设备的链接）
            物理层:物理介质链接（网线、电缆  硬件高低电平）

2.2 TCP/IP网络协议模型(实际开发)

            应用层
            传输层
            网络层
            网络接口层（链路+物理）

        1. 应用层协议

                FTP  TFTP  HTTP  SMTP  TELNET 

        2. 传输层协议——UDP、TCP

              UDP:用户数据报协议(无连接)
                    特点:
                    1.不安全、不可靠
                    2.数据量小
                    3.占用资源开销小
              TCP:传输控制协议(有链接)
                    特点:
                    1.安全、可靠
                    2.数据量大
                    3.占用资源开销大

                三次握手建立链接
                数据传输过程中双方通过序列号和确认号保障数据传输完整性
                四次挥手结束链接

        3. 网络层协议——局域网

        3.1 IPv4

        （1）IP：192.168.0.189    ——   网络位（192.198.0）    主机位（189）

                IP地址 = 网络位 + 主机位

                    网络位:IP地址所在的网段    

                    主机位:在局域网内的主机编号

        （2）子网掩码：搭配IP地址使用,区分IP地址中的网络位和主机位

                                   子网掩码是1的部分对应IP地址网络位

                                   子网掩码是0的部分对应IP地址主机位

        （3）网段号:网络位不变,主机位全为0的IP地址——192.168.0.0

                 广播号:网络位不变,主机位全为1的IP地址——192.168.0.255

                        （给广播号发送一个信息，所有的IP地址都能搜到）

        （4）IP地址的分类

                A类:1.0.0.0 - 126.255.255.255
                    子网掩码:255.0.0.0
                    管理大规模网络
                    私有IP:10.0.0.0 - 10.255.255.255
        
                B类:128.0.0.0 - 191.255.255.255
                    子网掩码:255.255.0.0 
                    管理大中规模网络
                    私有IP:172.16.0.0 - 172.31.255.255 
        
                C类:192.0.0.0 - 223.255.255.255
                    子网掩码:255.255.255.0 
                    管理中小规模网络
                    私有IP:192.168.0.0 - 192.168.255.255 
        
                D类:224.0.0.0 - 239.255.255.255
                    用于组播传输（给一组人传输数据）
        
                E类:240.0.0.0 - 255.255.255.254 
                    用于科研实验

                公有IP地址:能够直接上网的IP地址（路由器）
                私有IP地址:不能直接上网的IP地址（个人主机）

        （5）MAC地址:网卡地址  物理地址（此地址不会重复，是唯一的）

        （6）端口号：唯一识别同一主机不同进程的号码

                (0 - 65535)（不要使用10000以内的，10000以内的是系统的）

        （7）注意

                  IP地址是为了找某一个网段、MAC地址是为了找在局域网中找到某一个主机

4. UDP编程——不论对方是否收到都能完成发送

4.1 socket

      int socket(int domain, int type, int protocol);
      功能:
        创建一个用来进程通信的套接字,返回文件描述符
      参数:
        domain:AF_INET           IPv4协议族
        type:SOCK_STREAM    流式套接字            tcp传输协议
             SOCK_DGRAM    数据报套接字            udp传输协议
             SOCK_RAW        原始套接字            
        protocol:
            默认为0 
      返回值:
        成功返回套接字新文件描述符
        失败返回-1 

4.2 sendto

      ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
      功能:
        给另一个套接字发送消息
      参数:
        sockfd:套接字文件描述符
        buf:要发送数据存放空间的首地址
        len:要发送数据的长度
        flags:发送属性  默认为0 
        dest_addr:目的地址
        addrlen:目的地址信息长度
      返回值:
        成功返回发送字节个数
        失败返回-1 
    
    struct sockaddr_in {
       sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */（协议族）
       in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */（端口号、小端存储要改成大端存储）
       struct in_addr sin_addr;   /* internet address */（IP地址）
   };

   /* Internet address. */
   struct in_addr {
       uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
   };

4.3 inet_addr

      in_addr_t inet_addr(const char *cp);
      功能:
        将字符串IP地址转换为二进制IP地址 
      参数:
        cp:字符串IP地址空间首地址
      返回值:
        成功返回二进制IP地址

4.4 htons

      uint16_t htons(uint16_t hostshort);
      功能:
        将本地字节序（小端）转换为网络字节序（大端）
      参数:
        hostshort:本地端口号
      返回值:
        返回网络字节序端口号
        
      uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
      功能:
        将网络字节序（大端）转换为本地字节序（小端）

4.5 bind

      int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
                socklen_t addrlen);
      功能:
        将套接字与IP地址端口绑定在一起
      参数:
        sockfd:文件描述符 
        addr:结构体空间首地址 
        addrlen:信息的长度
      返回值:
        成功返回0 
        失败返回-1 

4.6 recvfrom

      ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
      功能:
        接收数据
      参数:
        sockfd:套接字文件描述符
        buf:存放接收到数据空间的首地址
        len:最多允许接收的字节数
        flags:属性 默认为0 
        src_addr:存放发送端地址信息空间首地址
        addrlen:想要接收发送端地址大小的变量空间首地址
      返回值:
        成功返回实际接收字节数
        失败返回-1 
        
    注意:
        该函数具有阻塞功能

4.7 UDP编程示例代

（1）单方向收发

        1.  头文件

#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#endif

              2  发送端代码（send.c）

#include "head.h"

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int sockfd = 0;
	char tmpbuff[1024] = {"hello world"};
	struct sockaddr_in recvaddr;
	ssize_t nsize = 0;

	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("fail to socket");
		return -1;
	}

	recvaddr.sin_family = AF_INET;
	recvaddr.sin_port = htons(50000);
	recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.155");
	nsize = sendto(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff)+1, 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
	if (-1 == nsize)
	{
		perror("fail to sendto");
		return -1;
	}

	printf("send %ld bytes success\n", nsize);

	close(sockfd);

	return 0;
}

                3. 接收端代码（recv.c）

#include "head.h"

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int sockfd = 0;
	int ret = 0;
	ssize_t nsize = 0;
	char tmpbuff[4096] = {0};
	struct sockaddr_in recvaddr;

	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("fail to socket");
		return -1;
	}

	recvaddr.sin_family = AF_INET;
	recvaddr.sin_port = htons(50000);
	recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.155");
	ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
	if (-1 == ret)
	{
		perror("fail to bind");
		return -1;
	}

	nsize = recvfrom(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0, NULL, NULL);
	if (-1 == nsize)
	{
		perror("fail to recvfrom");
		return -1;
	}

	printf("recv %ld bytes success\n", nsize);
	printf("RECV:%s\n", tmpbuff);

	close(sockfd);

	return 0;
}

 （2）双向通信

        1. 头文件

#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#endif

        2. 发送端

#include "head.h"

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int sockfd = 0;
	char tmpbuff[4096] = {"你在吗?"};
	struct sockaddr_in recvaddr;
	ssize_t nsize = 0;

	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("fail to socket");
		return -1;
	}	

	recvaddr.sin_family = AF_INET;
	recvaddr.sin_port = htons(50000);
	recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.155");
	nsize = sendto(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff)+1, 0, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
	if (-1 == nsize)
	{
		perror("fail to sendto");
		return -1;
	}

	memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
	nsize = recvfrom(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0, NULL, NULL);
	if (-1 == nsize)
	{
		perror("fail to recvfrom");
		return -1;
	}

	printf("RECV:%s\n", tmpbuff);

	close(sockfd);

	return 0;
}

        3. 接收端

#include "head.h"

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int sockfd = 0;
	int ret = 0;
	struct sockaddr_in recvaddr;
	struct sockaddr_in sendaddr;
	char tmpbuff[4096] = {0};
	ssize_t nsize = 0;
	socklen_t addrlen = sizeof(sendaddr);

	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("fail to socket");
		return -1;
	}	

	recvaddr.sin_family = AF_INET;
	recvaddr.sin_port = htons(50000);
	recvaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.155");
	ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&recvaddr, sizeof(recvaddr));
	if (-1 == ret)
	{
		perror("fail to bind");
		return -1;
	}

	nsize = recvfrom(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0, (struct sockaddr *)&sendaddr, &addrlen);
	if (-1 == nsize)
	{
		perror("fail to recvfrom");
		return -1;
	}

	printf("[%s:%d]%s\n", inet_ntoa(sendaddr.sin_addr), ntohs(sendaddr.sin_port), tmpbuff);

	sprintf(tmpbuff, "%s --------echo", tmpbuff);
	nsize = sendto(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff), 0, (struct sockaddr *)&sendaddr, sizeof(sendaddr));
	if (-1 == nsize)
	{
		perror("fail to sendto");
		return -1;
	}

	close(sockfd);

	return 0;
}

（3）使用UDP进行文件复制（cp）

        1. 服务端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <fcntl.h>
typedef struct sockaddr * (SA);
int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(-1 == sockfd)
    {
        perror("socket");
        exit(1);
    }
    struct sockaddr_in ser,cli;
    //man 7 ip 
   bzero(&ser,sizeof(ser)); 
   bzero(&cli,sizeof(ser));
   ser.sin_family = AF_INET;
   ser.sin_port  = htons(50000);//host to net  short 
   ser.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY ;//inet_addr("127.0.0.1")
    int ret = bind(sockfd,(SA)&ser,sizeof(ser));
    if(-1 == ret)
    {
        perror("bind");
        exit(1);
    }
    int fd = open("2.png",O_CREAT|O_WRONLY|O_TRUNC,0666);
    if(-1 == fd)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    while(1)
    {
        char buf[1024]={0};
        socklen_t len = sizeof(cli);
        int rd_ret = recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(SA)&cli,&len);
        if(0 == strcmp(buf,"^_^"))
        {
            break;
        }
        write(fd,buf,rd_ret);
        bzero(buf,sizeof(buf));
        strcpy(buf,"go on");
        sendto(sockfd,buf,strlen(buf),0,(SA)&cli,sizeof(cli));
    }
    close(fd);
    close(sockfd);
    return 0;
}

        2. 客户端

 

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>

typedef struct sockaddr * (SA);
int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(-1 == sockfd)
    {
        perror("socket");
        exit(1);
    }
    struct sockaddr_in ser,cli;
    //man 7 ip 
    bzero(&ser,sizeof(ser)); 
    bzero(&cli,sizeof(ser));
    ser.sin_family = AF_INET;
    ser.sin_port  = htons(50000);//host to net  short 
    ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.203.128");
    int fd = open("/home/linux/1.png",O_RDONLY);
    if(-1 == fd)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    char buf[1024]={0};
        socklen_t len = sizeof(ser);
    while(1)
    {
        bzero(buf,sizeof(buf));
        int rd_ret = read(fd,buf,sizeof(buf));
        if(rd_ret<=0)
        {
            break;
        }
        sendto(sockfd,buf,rd_ret,0,(SA)&ser,len);
        bzero(buf,sizeof(buf));
        recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,NULL,NULL);
    }

    strcpy(buf,"^_^");
    sendto(sockfd,buf,strlen(buf),0,(SA)&ser,len);
    close(fd);
    close(sockfd);
    return 0;
}

                

（4） 使用UDP进行两端聊天（chat）

        1. 服务端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
typedef struct sockaddr * (SA);

struct sockaddr_in ser,cli;
void* th1(void* arg)
{
    int sockfd =* (int*)arg;
    while(1)
    {
        char buf[256]={0};
        socklen_t len = sizeof(cli);
        recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,NULL,NULL);
        printf("from c:%s\n",buf);

    }

}
void* th2(void* arg)
{
    int sockfd =* (int*)arg;
    while(1)
    {
    
        printf("to c:");
        char buf[256]={0};
        fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
        buf[strlen(buf)-1]='\0';
        sendto(sockfd,buf,strlen(buf),0,(SA)&cli,sizeof(cli));
    
    }

}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(-1 == sockfd)
    {
        perror("socket");
        exit(1);
    }
    //man 7 ip 
   bzero(&ser,sizeof(ser)); 
   bzero(&cli,sizeof(ser));
   ser.sin_family = AF_INET;
   ser.sin_port  = htons(50000);//host to net  short 
   ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    int ret = bind(sockfd,(SA)&ser,sizeof(ser));
    if(-1 == ret)
    {
        perror("bind");
        exit(1);
    }
    pthread_t tid1,tid2;
    socklen_t len = sizeof(cli);
    char buf[256]={0};
    recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(SA)&cli,&len);
    pthread_create(&tid1,NULL,th1,&sockfd);
    pthread_create(&tid2,NULL,th2,&sockfd);

    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);
    return 0;
}

        2. 客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>


typedef struct sockaddr * (SA);


struct sockaddr_in ser,cli;
void* th1(void* arg)
{
    int sockfd =* (int*)arg;
    while(1)
    {
        char buf[256]={0};
        socklen_t len = sizeof(cli);
        recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,NULL,NULL);
        printf("from s:%s\n",buf);

    }

}
void* th2(void* arg)
{
    int sockfd =* (int*)arg;
    while(1)
    {
    
        printf("to s");
        char buf[256]={0};
        fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
        buf[strlen(buf)-1]='\0';
        sendto(sockfd,buf,strlen(buf),0,(SA)&ser,sizeof(ser));
    
    }

}
int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(-1 == sockfd)
    {
        perror("socket");
        exit(1);
    }
    //man 7 ip 
    bzero(&ser,sizeof(ser)); 
    bzero(&cli,sizeof(ser));
    ser.sin_family = AF_INET;
    ser.sin_port  = htons(50000);//host to net  short 
    ser.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); pthread_t tid1,tid2;
    char buf[256]="start";
    sendto(sockfd,buf,strlen(buf),0,(SA)&ser,sizeof(ser));
    pthread_create(&tid1,NULL,th1,&sockfd);
    pthread_create(&tid2,NULL,th2,&sockfd);

    pthread_join(tid1,NULL);
    pthread_join(tid2,NULL);

    return 0;
}

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