基于udp协议的网络通信(windows客户端版+简易聊天室版),重定向到终端

news/2024/5/18 14:26:44 标签: udp, 网络协议, 网络

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和windows通信

引入

思路 

WSADATA

代码

运行情况

简单的聊天室

思路

重定向

代码

terminal.hpp -- 重定向函数

服务端

客户端

运行情况

和windows通信

引入

linux和windows都需要联网,虽然他们系统设计不同,但网络部分一定是相同的,所以套接字也是一样的

  • 这里我们只需要写出windows风格的客户端即可,服务端仍然在linux上跑
  • 当然,除去套接字的部分,他们使用的接口和规则肯定是有区别的

思路 

套接字的部分不变,处理一下头尾即可

首先要引入winsock2.h头文件,并引入库文件

定义一个WSADATA结构并初始化(不同版本,看到的接口+底层代码也不同) 

WSADATA

  • 用于在 Windows 操作系统上开发网络应用程序时管理套接字（sockets）库的初始化和配置
  • 包含了关于 Winsock 环境的信息，例如 Winsock 版本、所支持的特性等
  • 使用WSAStartup初始化,WSACleanup来释放资源并并终止 Winsock 环境

修改完之后,就可以让linux和windows通信了

代码

这里用的是vs2019,加了两个define,防止报错(vs太安全了,汗)

可以看出来,中间的socket+收发数据绝大部分都是一样的,只有那么一两个类型的命名不同:

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS


#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#include <Windows.h>

#include<iostream>
#include<string>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") //引入库文件

int main()
{
	//初始化网络环境
	WSADATA wsa;
	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsa) != 0)
	{
		printf("WSAStartup failed\n");
		return -1;
	}
	//建立一个udp的socket
	SOCKET socked = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
	if (socked == INVALID_SOCKET)
	{
		printf("create socket failed\n");
		return -1;
	}

	int port = 8080;
	std::string ip = "47.108.135.233";

	//创建结构体
	sockaddr_in addr = { 0 };
	addr.sin_family = AF_INET;
	addr.sin_port = htons(port);
	addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr(ip.c_str());

	std::string info;
	char buffer[1024];
	memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

	//收发数据
	while (true) {
		std::cout << "Please enter:";
		std::getline(std::cin, info);
		//发送数据
		int n = sendto(socked, info.c_str(), info.size(), 0, (SOCKADDR*)&addr, sizeof(SOCKADDR));
		if (n == 0)
		{
			printf("send failed\n");
			return -1;
		}
		sockaddr_in t = { 0 };
		int len = sizeof(sockaddr_in);
		// 接收数据
		n = recvfrom(socked, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, (SOCKADDR*)&t, &len);
		buffer[n] = 0;

		std::cout << buffer << std::endl;
		memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
	}

	//关闭SOCKET连接
	closesocket(socked);
	//清理网络环境
	WSACleanup();
	return 0;
}

运行情况

我们成功在windows终端上与在linux下的服务端进行通信:

简单的聊天室

前面写的echo版就已经有聊天室的影子了,聊天软件的服务器的作用也就是向用户转发消息

这里我们修改一下就差不多了

思路

这里以ip地址和端口号作为每个人的标识(类似于用户名的作用),在echo版里其实就已经实现过了

但是echo版每个客户端的消息都是独立的

  • 聊天室的话,每个人在自己的客户端上都可以看见彼此发出的消息
  • 就需要我们将每条消息发送给所有运行起来的客户端
  • 可以考虑创建一个在线用户表(ip,结构体对象) -- 每收到一个消息,就转发给所有注册在表中的用户
  • 如果有登录功能的话,应该是登录后转发
  • 这里稍微模拟一下登录过程 -- 当客户端运行起来后,有一句打印,且直接将该条打印语句发送给服务器,并且直接注册在表中(简易版嘛)

服务器修改好后,客户端就出现问题了

  • 还记得我们的客户端吗,它的第一个函数就是getline
  • 如果不发送消息的话,就会卡在那里不会往下走,也就无法调用下面的recvfrom函数,也就无法看见其他用户发送的数据
  • 而udp协议是全双工的(它支持边读边写)
  • 所以我们可以将客户端修改为多线程,一个读,一个写,这样就互不干扰了

虽然解决了收发消息的问题,但是客户端仅有一个窗口,这样直接打印的话,会导致输入消息和输出的消息混在一块

  • 而聊天室一般是分为上下两部分,上面是所有人发送的消息,下面是自己的输入框
  • 综合我们是在终端上显示,可以开俩终端,拼接在一起作为我们的界面,输入和输出在不同终端上工作
  • 实现的话 -- /dev/pts里是终端文件
  • 当我们打开xshell:
  • 如果再开一个会话:

重定向

  • 我们如果试着将数据重定向(dup2函数)到终端文件里,就可以看见自己的终端显示出了数据:

  • 这样,我们就可以通过重定向,先确定当前终端属于哪个文件

  • 然后就可以利用这个(也就是将数据重定向到终端文件里,而不是显示器),实现聊天室的分块显示

  • 但如果输出数据时将fd=1的显示器重定向到终端文件1里,那么输入数据时/其他时候的打印,都会到那个终端文件里,而不会像我们预想的那样分成两个模块

  • 所以,我们将标准错误重定向到其中一个终端文件里,另一个终端运行客户端,这样cout时会默认打印到当前终端里,就不会互相影响了

  • 重定向既可以在代码中使用dup2函数,也可以直接在命令行中重定向(a>b)

代码

terminal.hpp -- 重定向函数

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

std::string terminal = "/dev/pts/2";

void my_dup()
{
    int fd = open(terminal.c_str(), O_WRONLY);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    dup2(fd, 2);
    close(fd);
}

服务端

这里增加了用户表和chat函数(聊天室专用启动函数)

#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <strings.h>
#include <cstring>

#include <string>
#include <functional>
#include <map>
#include <iostream>

#include "Log.hpp"

extern std::string get_time();

Log lg;

const int buff_size = 1024;
using func_t = std::function<std::string(const std::string &)>;

enum
{
    SOCKET_ERR = 1,
    BIND_ERR = 2
};

// 启动服务器时,传入ip地址和端口号
// 手动启动

class udp_server
{
public:
    udp_server(const uint16_t port = 8080, const std::string ip = "0.0.0.0")
        : ip_(ip), port_(port), sockfd_(0)
    {
    }
    void run(func_t func)
    {
        init();
        // 开始收发数据
        char buffer[buff_size];
        std::string message;
        while (true)
        {
            memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

            struct sockaddr_in src_addr;
            socklen_t src_len = sizeof(src_addr);

            // 获取数据
            ssize_t n = recvfrom(sockfd_, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, reinterpret_cast<struct sockaddr *>(&src_addr), &src_len);
            if (n < 0)
            {
                lg(WARNING, "recvfrom error, errno: %d, err string: %s", errno, strerror(errno));
                continue;
            }
            buffer[n] = 0;

            std::string id = generate_id(inet_ntoa(src_addr.sin_addr), ntohs(src_addr.sin_port));
            message = id + "sever recvfrom success";
            lg(INFO, message.c_str());

            // 处理数据
            std::string echo_info = func(buffer);

            // 响应给发送端
            sendto(sockfd_, echo_info.c_str(), echo_info.size(), 0, reinterpret_cast<const struct sockaddr *>(&src_addr), src_len);

            message = id + "sever sendto success";
            lg(INFO, message.c_str());
        }
    }
    void chat()
    {
        init();
        // 开始收发数据
        char buffer[buff_size];
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        std::string message;

        while (true)
        {
            struct sockaddr_in src_addr;
            socklen_t src_len = sizeof(src_addr);

            // 获取数据
            ssize_t n = recvfrom(sockfd_, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, reinterpret_cast<struct sockaddr *>(&src_addr), &src_len);
            char ip[30];
            // std::cout << inet_ntop(AF_INET, &(src_addr.sin_addr), ip, sizeof(ip) - 1)<<std::endl;

            if (n < 0)
            {
                lg(WARNING, "recvfrom error, errno: %d, err string: %s", errno, strerror(errno));
                continue;
            }
            buffer[n] = 0;
            // std::cout << buffer << std::endl;
            usr_[src_addr.sin_addr.s_addr] = src_addr; // 注册用户表
            // for (auto it : usr_)
            // {
            //     std::cout << inet_ntop(AF_INET, &((it.second).sin_addr), ip, sizeof(ip) - 1) << std::endl;
            // }

            std::string id = generate_id(inet_ntoa(src_addr.sin_addr), ntohs(src_addr.sin_port));
            message = id + "sever recvfrom success";
            lg(INFO, message.c_str());

            // 处理数据
            std::string time_stamp = get_time();
            std::string echo_info = id + time_stamp + buffer;
            memset(buffer, 0, sizeof(buffer));

            // 响应给所有用户端
            send_all(echo_info);

            message = id + "sever sendto success";
            lg(INFO, message.c_str());
        }
    }
    ~udp_server()
    {
        if (sockfd_ > 0)
        {
            close(sockfd_);
        }
    }
    static std::string get_id()
    {
        udp_server obj;
        return obj.generate_id(obj.ip_, obj.port_);
    }

private:
    std::string generate_id(const std::string ip, const uint16_t port)
    {
        return "[" + ip + ":" + std::to_string(port) + "]";
    }
    void init()
    {
        // 创建套接字文件
        sockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        if (sockfd_ < 0)
        {
            lg(FATAL, "socket create error, sockfd : %d,%s", sockfd_, strerror(errno));
            exit(SOCKET_ERR);
        }

        // 创建sockaddr结构
        struct sockaddr_in addr;
        socklen_t len = sizeof(addr);
        bzero(&addr, len);

        addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip_.c_str());
        addr.sin_family = AF_INET;
        addr.sin_port = htons(port_);

        // 绑定套接字信息
        int res = bind(sockfd_, reinterpret_cast<const struct sockaddr *>(&addr), len);
        if (res < 0)
        {
            lg(FATAL, "bind error, sockfd : %d,%s", sockfd_, strerror(errno));
            exit(BIND_ERR);
        }
        lg(INFO, "bind success, sockfd : %d", sockfd_);
    }
    void send_all(const std::string &echo_info)
    {
        char ip[30];
        for (auto it : usr_)
        {
            // std::cout << inet_ntop(AF_INET, &((it.second)->sin_addr), ip, sizeof(ip) - 1)<<std::endl;
            sendto(sockfd_, echo_info.c_str(), echo_info.size(), 0, reinterpret_cast<const struct sockaddr *>(&(it.second)), sizeof(it.second));
        }
    }

private:
    int sockfd_;
    std::string ip_;
    uint16_t port_;
    std::map<in_addr_t, struct sockaddr_in> usr_; //不能是指针,这样下次循环时,指针就换成新的客户端了
};

客户端

分出了写函数和读函数,chat函数中创建两个线程,让他们运行

#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <functional>
#include <strings.h>
#include <cstring>

#include <string>
#include <iostream>

#include <pthread.h>

#include "Log.hpp"
#include "terminal.hpp"

const int buff_size = 1024;

Log lg;

enum
{
    SOCKET_ERR = 1,
    BIND_ERR = 2
};

// 客户端需要提前知道服务端的套接字地址信息
// 日常生活中,我们一般直接通过网址进入,网址就是ip地址,且它会直接和端口号绑定
// 所以,这里我们只能自己手动提供服务端的ip和端口号

// 客户端不需要手动创建套接字,os会自动为我们提供(在首次发送数据时)
struct data
{
    int sockfd_;
    struct sockaddr_in *paddr_;
    socklen_t len_;
};

class udp_client
{
public:
    udp_client(const uint16_t port = 8080, const std::string ip = "47.108.135.233")
        : ip_(ip), port_(port), sockfd_(0)
    {
    }
    void run()
    {
        data *d = init();

        std::string info;
        char buffer[buff_size];
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        while (true)
        {
            std::cout << "Please enter:";
            std::getline(std::cin, info);

            // 将消息发送给服务器
            sendto(d->sockfd_, info.c_str(), info.size(), 0, reinterpret_cast<const struct sockaddr *>(d->paddr_), d->len_);
            info.clear();

            struct sockaddr_in addr; // 仅用于填充参数,拿到自己的地址信息没啥意义
            socklen_t len = sizeof(addr);

            // 获取数据
            ssize_t n = recvfrom(d->sockfd_, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, reinterpret_cast<struct sockaddr *>(&addr), &len);
            if (n < 0)
            {
                lg(WARNING, "recvfrom error, errno: %d, err string: %s", errno, strerror(errno));
                continue;
            }
            buffer[n] = 0;

            std::cout << buffer << std::endl;
            memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        }
    }
    void chat()
    {
        data *d = init();

        pthread_t r = 0, w = 0;
        pthread_create(&r, nullptr, input, d);
        pthread_create(&w, nullptr, output, d);

        pthread_join(r, nullptr);
        pthread_join(w, nullptr);
    }

private:
    data *init()
    {
        // 创建套接字文件
        int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
        if (sockfd < 0)
        {
            lg(FATAL, "socket create error, sockfd : %d", sockfd);
            exit(SOCKET_ERR);
        }

        // 创建sockaddr结构
        struct sockaddr_in *svr_paddr = new sockaddr_in;
        socklen_t svr_len = sizeof(*svr_paddr);
        bzero(svr_paddr, svr_len);

        inet_aton(ip_.c_str(), &(svr_paddr->sin_addr));
        svr_paddr->sin_family = AF_INET;
        svr_paddr->sin_port = htons(port_);

        return new data({sockfd, svr_paddr, svr_len});
    }
    static void *input(void *args)
    {
        data *d = reinterpret_cast<data *>(args);

        char ip[30];
        inet_ntop(AF_INET, &((d->paddr_)->sin_addr), ip, sizeof(ip) - 1);

        std::string welcome = "comming...";

        sendto(d->sockfd_, welcome.c_str(), welcome.size(), 0, reinterpret_cast<const struct sockaddr *>(d->paddr_), d->len_);

        std::string info;
        while (true)
        {
            std::cout << "Please enter:";
            std::getline(std::cin, info);

            // 将消息发送给服务器
            sendto(d->sockfd_, info.c_str(), info.size(), 0, reinterpret_cast<const struct sockaddr *>(d->paddr_), d->len_);
            info.clear();
        }
        return nullptr;
    }
    static void *output(void *args)
    {
        data *d = reinterpret_cast<data *>(args);
        // my_dup();

        char buffer[buff_size];
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        while (true)
        {
            struct sockaddr_in addr; // 仅用于填充参数,拿到自己的地址信息没啥意义
            socklen_t len = sizeof(addr);

            // 获取数据(所有用户的消息都会获取)
            ssize_t n = recvfrom(d->sockfd_, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0, reinterpret_cast<struct sockaddr *>(&addr), &len);
            if (n < 0)
            {
                lg(WARNING, "recvfrom error, errno: %d, err string: %s", errno, strerror(errno));
                continue;
            }
            buffer[n] = 0;

            std::cerr << buffer << std::endl;
            memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        }
        return nullptr;
    }

private:
    int sockfd_;
    std::string ip_;
    uint16_t port_;
};

两个cpp函数之间构建相应cs的对象+调用chat函数即可 

运行情况

手动重定向(这个适合在其他主机上运行客户端,因为每个人打开的终端不一定正好有2,测试后进行手动重定向最好)

在代码内重定向:

下图是两个云服务器之间进行通信:

大家也可以下载文件试试,只要有两个执行文件+client文件执行时进行手动重定向(分好两个终端屏幕,确定好各自的编号),就能通信

(也就是说总共需要运行三个终端)


http://www.niftyadmin.cn/n/5430562.html

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