【Linux】基于UDP协议的“聊天室”

目录

预备知识

基本思路

服务端设计

重要接口详解

服务端核心代码

服务端运行代码

客户端设计

预备知识

UDP协议（User Datagram Protocal用户数据报协议）

  • 传输层协议
  • 无连接
  • 不可靠传输
  • 面向数据报

基本思路

如下是我们设计的一个简单的“聊天室”的大致框架图：

        “聊天室”分为两个角色，一个是客户端，即参与聊天的用户，另一个是提供服务的服务端，负责接收来自客户端，对接收到的信息加工处理，显示发送方的ip和端口号，再转发给已经加入服务端所创建的用户列表中的所有用户（即已经在该聊天室的用户）。

服务端设计

重要接口详解

服务端设计只要有以下几个步骤：

//第一步   创建套接字socket

sockfd=socket (int domain, int type, int protocol) 

        1.domain指明使用的协议族，常用有AF_INET 、AF_INET6、AF_UNIX 、AF_ROUTE

        2. type指明socket类型 有三种：SOCK_STREAM（TCP）、SOCK_DGRAM（UDP）、  SOCK_RAW（原始类型，允许对底层协议如IP或ICMP进行直接访问，不太常用）

        3.protocol  通常赋值为0；

        --成功返回非负值的socket描述符，失败返回-1

//第二步   将创建的socket绑定到指定的IP地址和端口上

bind(int sockfd, const struct sockaddr* myaddr, socklen_t addrlen)

        --成功返回0，失败返回1

PS:

        1.uint16_t需要头文件 #include <unistd.h>

        2.sockaddr_in在头文件#include<netinet/in.h>或#include <arpa/inet.h>中定义

        3.bzero函数头文件是string.h（C语言）或 cstring（C++）

        4.void bzero(void *s, size_t n);

        5.bzero函数将指定内存块的前n个字节设置为0。

        6.服务器提供服务的端口一般选择大于1023，因为【0，1023】是系统内定的端口号

服务端核心代码

#pragma once
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unordered_map>
#include "Log.hpp"
Log lg;enum{SOCKET_ERR=1,BIND_ERR
};
uint16_t defaultport=8080;
std::string defaultip="0.0.0.0";
const int size=1024;
class UdpServer
{
public:UdpServer(const uint16_t& port=defaultport,const std::string&ip=defaultip):_sockfd(0),_port(port),_ip(ip){} //初始化void Init(){//1.创建 udp socket//udp的socket是全双工的，允许被同时读写//AF_INET表示使用IPv4地址族  SOCK_DGRAM表示创建一个数据报套接字，0表示以阻塞的方式_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//创建套接字失败if(_sockfd<0){lg(Fatal,"socket create error,sockfd:%d",_sockfd);exit(SOCKET_ERR);}//创建套接字成功lg(Info,"socket create success,sockfd:%d",_sockfd);//2.bind socketstruct sockaddr_in local;bzero(&local,sizeof(local));local.sin_family=AF_INET;local.sin_port=htons(_port);//需要保证我的端口号是网络字节序列，因为该端口号是要给对方发送的local.sin_addr.s_addr=inet_addr(_ip.c_str()); //string->uint32_t必须是网络序列if(bind(_sockfd,(const struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0){//绑定失败lg(Fatal,"bind error,errno:%d,err string:%s",errno,strerror(errno));exit(BIND_ERR);}//绑定成功lg(Info,"bind success,errno:%d,err string:%s",errno,strerror(errno));}void CheckUser(const struct sockaddr_in& client,const std::string clientip,uint16_t clientport){auto iter=_online_user.find(clientip);if(iter==_online_user.end()){_online_user.insert({clientip,client});std::cout<<"["<<clientip<<":"<<clientport<<"] add to online user."<<std::endl;}}//对存在用户列表的所有用户进行转发void Broadcast(const std::string&info,const std::string clientip,uint16_t clientport){for(const auto& user:_online_user){std::string message="[";message += clientip;message += ":";message += std::to_string(clientport);message += "]# ";message += info;socklen_t len = sizeof(user.second);sendto(_sockfd,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)(&user.second),len);}}//开始运行void Run(){isrunning = true;char inbuffer[size];while(isrunning){struct sockaddr_in client;socklen_t len=sizeof(client);//接收客户端ssize_t n=recvfrom(_sockfd,inbuffer,sizeof(inbuffer)-1,0,(struct sockaddr*)&client,&len);if(n<0){//未收到lg(Warning,"recvfrom error,errno:%d,err string:%s",errno,strerror(errno));continue;}uint16_t clientport=ntohs(client.sin_port);std::string clientip=inet_ntoa(client.sin_addr);//网络字节序列转换 string//检查该用户是否已在聊天室CheckUser(client,clientip,clientport);std::string info=inbuffer;//向其他成员转发Broadcast(info,clientip,clientport);}}
private:int _sockfd;uint16_t _port;std::string _ip;bool isrunning; //服务器是否开始运行std::unordered_map<std::string,struct sockaddr_in> _online_user; //用户列表
};

服务端运行代码

#include "UdpServer.hpp"
#include <memory>
#include <cstdio>
#include <vector>
void Usage(std::string proc)
{std::cout << "\n\rUsage: " << proc << " port[1024+]\n" << std::endl;
}
// ./udpserver port
int main(int argc, char *argv[])
{if(argc != 2){Usage(argv[0]);exit(0);}uint16_t port = std::stoi(argv[1]);std::unique_ptr<UdpServer> svr(new UdpServer(port));svr->Init(/**/);svr->Run();return 0;
}

客户端设计

客户端也是需要绑定端口的，但是不需要用户显示绑定，一般由os自由随机选择，在首次发消息的时候绑定。不同于服务端的是：服务端端口号必须是唯一确定的，客户端可变。

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
#include <pthread.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "Terminal.hpp"
using namespace std;struct ThreadDate
{struct sockaddr_in server;int sockfd;std::string serverip;
};void Usage(std::string proc)
{std::cout<<"\n\rUsage:"<<proc<<"serverip serverport\n"<<std::endl;
}
//收信息
void* recv_message(void* args)
{OpenTerminal();ThreadDate* td = static_cast<ThreadDate*>(args);char buffer[1024];while(true){memset(buffer,0,sizeof(buffer));struct sockaddr_in tmp;socklen_t len=sizeof(tmp);ssize_t n=recvfrom(td->sockfd,buffer,1023,0,(struct sockaddr*)&tmp,&len);if(n>0){buffer[n]='\0';cerr<<buffer<<endl;}}
}
//发信息
void* send_message(void* args)
{ThreadDate* td=static_cast<ThreadDate*>(args);string message;socklen_t len=sizeof(td->server);string welcome = td->serverip;welcome += "coming...";sendto(td->sockfd,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&(td->server),len);while(true){cout<<"Please Enter@ ";getline(cin,message);sendto(td->sockfd,message.c_str(),message.size(),0,(struct sockaddr*)&(td->server),len);}
}
//多线程
//./udpclient serverip serverporta
int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=3){Usage(argv[0]);exit(0);}std::string serverip=argv[1];uint16_t serverport=std::stoi(argv[2]);struct ThreadDate td;bzero(&td.server,sizeof(td.server));td.server.sin_family=AF_INET;td.server.sin_port=htons(serverport);td.server.sin_addr.s_addr=inet_addr(serverip.c_str());td.sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(td.sockfd<0){cout<<"scoket error"<<endl;return 1;}td.serverip=serverip;pthread_t recver,sender;pthread_create(&recver,nullptr,recv_message,&td);pthread_create(&sender,nullptr,send_message,&td);pthread_join(recver,nullptr);pthread_join(sender,nullptr);close(td.sockfd);return 0;
}

上述客户端为了用户交互友好，我们打开两个终端模拟，一个终端负责发信息，一个终端负责收信息显示，我们重定向客户端收到消息后，往第二个终端打印。

ls  -l  /dev/pts   //查看我们有哪些终端文件，显示它们的详细信息 

例如：

重定向输出信息

#include <iostream>
#include <string>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
//原来的终端
std::string terminal = "/dev/pts/2";int OpenTerminal()
{int fd = open(terminal.c_str(), O_WRONLY);if(fd < 0){std::cerr << "open terminal error" << std::endl;return 1;}修改到要显示的终端dup2(fd, 0);// printf("hello world\n");// close(fd);return 0;
}

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