[网络协议] UDP/IP select模型

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[网络协议]UDP/IP select模型

select模型服务端代码：

UDP/IP:
?? ??? ??? ??? ?UDP/IP协议的C/S模型不存在傻等的问题，而select模型只是能让recvfrom更灵活一些
?? ??? ??? ??? ??? ?select 代码逻辑：
?? ??? ??? ??? ??? ??? ?1.所有的socket装进一个集合FD_SET UDP只有一个socket即将服务端的socket装进集合中就可以了
?? ??? ??? ??? ??? ??? ?2.通过select函数，检测中的socket集合中那个有响应了，就是检测有没有消息来了，
?? ??? ??? ??? ??? ??? ?3.有消息了，则进行处理调用 recvfrom
?? ??? ??? ?TCP/IP:
?? ??? ??? ??? ?TCP/IP协议的C/S模型中accept、recv存在傻等问题，select模型是为了解决accept、recv傻等问题，
?? ??? ??? ??? ??? ?select 代码逻辑：
?? ??? ??? ??? ??? ??? ?1.每个客户端都有socket，服务器也有自己的socket，将所有的socket装进一个数据结构里，即数组 fd_set
?? ??? ??? ??? ??? ??? ?2.通过select函数，遍历1中socket数组，当某个socket有响应，select就会通过其参数/返回值反馈出来，之后做相应的处理
?? ??? ??? ??? ??? ??? ?3.处理有响应的socket，
?? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ?判断检测到是的服务端socket，有客户端来链接了，调用accept（创建客户端socket）
?? ??? ??? ??? ??? ??? ??? ?判断检测到的是客户端socket，客户端请求通信，调用send或者recv进行发收消息

select() 函数：

int WSAAPI select(
  int           nfds,
  fd_set        *readfds,
  fd_set        *writefds,
  fd_set        *exceptfds,
  const timeval *timeout
);

select() 函数:
?? ?作用：监视socket集合，如果某个socket发送事件（链接或者发收数据），通过返回值以及参数反馈给我们
参数1：直接填 0 忽略
参数2：检测是否有可读的socket，即客户端发来消息了，该socket就会被设置，这里只有一个服务端socket
参数3：检测是否有可读的socket，没有客户端就不用了，直接填 NULL
参数4：检测套接字上的异常错误，这里只有一个服务端socket，直接填 NULL
参数5：最大等待时间，比如当客户端没有请求时，那么select函数可以等一会，一段时间过后，还没有，
?? ??? ?就继续执行select下面的语句，如果有了，就立即执行下面的语句
?? ??? ?//定义select函数中的参数5 最大等待事件
?? ??? ?timeval ts;
?? ??? ?ts.tv_sec = 3;?? ?//秒
?? ??? ?ts.tv_usec = 0;?? ?//微秒

服务端代码：

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

/*
	UDP/IP (User Datagram Protocol/Internet Protocol) 用户数据报协议
	TCP/IP 协议的特点：
		面向连接的，可靠的，基于字节流的传输层协议。
	UDP/IP 协议的特点：
		面向非连接的，不可靠的，基于数据报的传输层协议。
	
	UDP/IP 与 TCP/IP 的区别：
		1.基本C/S模型中服务端代码：
			UDP/IP：
				是面向非连接的，不用进行listen(进行监听)、不进行accept(接收连接)
				与客户端进行收发消息调用的是 recvfrom、sendto函数
			TCP/IP：
				是面向连接的，进行listen(进行监听)、进行accept(接收连接 本质创建客户端socket)
				与客户端进行收发消息调用的是 recv、send函数
		
		2.select模型服务端代码：
			UDP/IP:
				UDP/IP协议的C/S模型不存在傻等的问题，而select模型只是能让recvfrom更灵活一些
					select 代码逻辑：
						1.所有的socket装进一个集合FD_SET UDP只有一个socket即将服务端的socket装进集合中就可以了
						2.通过select函数，检测中的socket集合中那个有响应了，就是检测有没有消息来了，
						3.有消息了，则进行处理 调用 recvfrom
			TCP/IP:
				TCP/IP协议的C/S模型中accept、recv存在傻等问题，select模型是为了解决accept、recv傻等问题，
					select 代码逻辑：
						1.每个客户端都有socket，服务器也有自己的socket，将所有的socket装进一个数据结构里，即数组 fd_set
						2.通过select函数，遍历1中socket数组，当某个socket有响应，select就会通过其参数/返回值反馈出来，之后做相应的处理
						3.处理有响应的socket，
							判断检测到是的服务端socket，有客户端来链接了，调用accept（创建客户端socket）
							判断检测到的是客户端socket，客户端请求通信，调用send或者recv进行发收消息
*/

// 1.打开网络库 2.校验版本号
void OpenAndCheckWSAStartup();

// 3.创建服务端socket
SOCKET Sock_Server();

// 全局声明要创建 创建服务端socket
SOCKET socketServer;

// 4.绑定地址与端口号
void Bind(SOCKET sock);

// 5.与客户端进行发收数据
void RecvAndSendBySelect(SOCKET sock);

// 6.监视关闭窗口按钮函数所需的参数1 回调函数
BOOL WINAPI fun(DWORD CtrlType);

int main()
{
	// 1.打开网络库 2.校验版本号
	OpenAndCheckWSAStartup();

	// 3.创建服务端socket
	socketServer = Sock_Server();

	// 4.绑定地址与端口号
	Bind(socketServer);

	// 5.与客户端进行发收数据
	RecvAndSendBySelect(socketServer);

	// 6.监视关闭窗口
	SetConsoleCtrlHandler(fun, TRUE);

	// 关闭socket
	closesocket(socketServer);
	// 关闭网络库
	WSACleanup();
	system("pause");
	return 0;
}

// 1.打开网络库 2.校验版本号
void OpenAndCheckWSAStartup()
{
	// 定义WSAStartup函数中参数1 所需的版本号
	WORD wVersionRequestd = MAKEWORD(2, 2);	// 设置2.2版本号
	// 声明WSAStartup函数中参数1 所需的结构体
	WSADATA WSAData;
	// 打开网络库
	int nRet = WSAStartup(wVersionRequestd, &WSAData);
	if (0 != nRet)
	{
		//出错了
		int a = WSAGetLastError();
		printf("网络库打开失败 %d\n", a);
		return;
	}
	// 检验版本号
	if (2 != HIBYTE(WSAData.wVersion) || 2 != LOBYTE(WSAData.wVersion))
	{
		printf("校验版本号错误\n");
		// 关闭网络库
		WSACleanup();
		return;
	}
}
// 3.创建服务端socket
SOCKET Sock_Server()
{
	// 创建服务端 socket
	SOCKET sock_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
	// 判断服务端socket是否成功创建
	if (INVALID_SOCKET == sock_server)
	{
		//出错了
		int a = WSAGetLastError();
		printf("创建服务端socket失败，获取的错误码为 %d\n", a);
		//关闭网络库
		WSACleanup();
		return 0;
	}
	return sock_server;
}
// 4.绑定地址与端口号
void Bind(SOCKET sock)
{
	// 声明bind函数参数2所需的 结构体
	struct sockaddr_in sockMsg;
	// 给结构体成员赋值
	sockMsg.sin_family = AF_INET;
	sockMsg.sin_port = htons(12345);
	sockMsg.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
	// 绑定地址与端口号
	int nRet = bind(sock, (struct sockaddr*)&sockMsg, sizeof(sockMsg));
	// 判断是否成功绑定地址与端口号
	if (SOCKET_ERROR == nRet)
	{
		//出错了
		int a = WSAGetLastError();
		printf("绑定地址与端口号失败，获取的错误码为 %d\n", a);
		//关闭socket
		closesocket(sock);
		//关闭网络库
		WSACleanup();
		return;
	}
}
// 5.与客户端进行发收数据
void RecvAndSendBySelect(SOCKET sock)
{
	/*int recvfrom(
	  SOCKET   s,
	  char     *buf,
	  int      len,
	  int      flags,
	  sockaddr *from,
	  int      *fromlen
	);
	recvfrom函数：
		作用：得到当前服务端接收到的消息
		本质：复制	将协议缓存区的数据复制黏贴进自定义的buf
		与recv函数一样是进行接收消息，不同的是recv是傻等，recvfrom是死等
	参数1：服务端的socket
		特点：
			TCP是获取指定的，recv函数与客户端是1对1的关系 -- 傻等
			UDP是无差别获取，recvfrom函数与客户端是1对多的关系 -- 死等
	参数2：客户端消息的存储空间，也就是一个字符数组
		广域网：各级路由器上的MTU最小值是576字节
			tcp = 576 - 20(TCP包头) - 20(IP包头) = 536；
			udp = 576 - 8(UDP包头) - 20(IP包头) = 548；
	参数3：想要读取的字节个数, 参数2的字节数
	参数4：数据的读取方式
			0			从协议缓存区取一个数据报，然后就删除掉
			MSG_PEEK	取出数据报，但是协议缓存内不删除，一直残留，导致影响后面的数据读取
			MSG_OOB		带外数据
	参数5：对方的IP地址端口号
			此处结构体为相应的IP地址和端口号 struct sockaddr* sockClient; 填 &sockClient;
	参数6：参数5结构体的大小 int len = sizeof(&sockClient);	填 &len;
	*/
	
	/*int sendto(
	  SOCKET         s,
	  const char     *buf,
	  int            len,
	  int            flags,
	  const sockaddr *to,
	  int            tolen
	);
	sendto函数：
		作用：向目标发送数据报
		本质：send函数将我们的数据复制黏贴进行系统的协议发送缓冲区，计算机伺机发出去
	参数1：当前服务端的socket（自己的socket）
	参数2：给接收方发送的字节串  UDP统一字节数 548
	参数3：参数2的大小（字节个数 548）
	参数4：填0
	参数5：对方IP地址与端口号结构体
	参数6：参数5的大小
	*/

/*int WSAAPI select(
  int           nfds,
  fd_set        *readfds,
  fd_set        *writefds,
  fd_set        *exceptfds,
  const timeval *timeout
);
select() 函数:
	作用：监视socket集合，如果某个socket发送事件（链接或者发收数据），通过返回值以及参数反馈给我们
参数1：直接填 0 忽略
参数2：检测是否有可读的socket，即客户端发来消息了，该socket就会被设置，这里只有一个服务端socket
参数3：检测是否有可读的socket，没有客户端就不用了，直接填 NULL
参数4：检测套接字上的异常错误，这里只有一个服务端socket，直接填 NULL
参数5：最大等待时间，比如当客户端没有请求时，那么select函数可以等一会，一段时间过后，还没有，
		就继续执行select下面的语句，如果有了，就立即执行下面的语句
		//定义select函数中的参数5 最大等待事件
		timeval ts;
		ts.tv_sec = 3;	//秒
		ts.tv_usec = 0;	//微秒
*/

	// 循环与客户端进行收发消息
	while (1)
	{
		//select模型
		// 声明select所需的结构体 集合fd 
		fd_set fd;
		// 清空集合
		FD_ZERO(&fd);
		// 将服务端socket装进集合中
		FD_SET(sock, &fd);

		// 声明select函数中参数5所需的最大等待时间结构体
		struct timeval ts;
		// 给结构体成员赋值
		ts.tv_sec = 0;
		ts.tv_usec = 0;
		// 调用select函数
		int nSel = select(0, &fd, NULL, NULL, &ts);
		// 判断select函数的返回值
		if (SOCKET_ERROR == nSel)
		{
			// 出错了，通过WSAGetLastError() 获取错误码
			int a = WSAGetLastError();
			printf("执行select函数错误，%d\n", a);
			break;	// 退出函数
		}
		if (0 == nSel)
		{
			// 在最大等待时间内没有等待到事件
			continue;	// 进行继续等待
		}
		if (0 < nSel)
		{
			// socket有消息了，进行收发消息处理
			// 1.收消息
			// 定义recvfrom 函数所需的接收字节数组
			char buf[548] = { 0 };
			// 声明recvfrom函数中参数5所需的 结构体相应的IP地址与端口号
			struct sockaddr sockClient;	// 对方的IP地址与端口号
			// 定义recvfrom函数中参数6所需的 参数5结构体的大小
			int len = sizeof(sockClient);
			int nRet = recvfrom(sock, buf, 548, 0, &sockClient, &len);
			// 判断是否成功接收消息
			if (SOCKET_ERROR == nRet)
			{
				// 出错了
				int a = WSAGetLastError();
				printf("接收消息失败，获取的错误码为：%d\n", a);
				continue;
			}
			// 进行接收消息
			printf("client say: %s\n", buf);

			// 2.发消息
			int nSet = sendto(sock, "send ok", sizeof("send ok"), 0, &sockClient, sizeof(sockClient));
			// 判断是否成功发送消息
			if (SOCKET_ERROR == nSet)
			{
				// 出错了
				int a = WSAGetLastError();
				printf("发送消息失败，获取的错误码为：%d\n", a);
				continue;
			}
		}
	}
}
// 6.监视关闭窗口按钮函数所需的参数1 回调函数
BOOL WINAPI fun(DWORD CtrlType)
{
	switch (CtrlType)
	{
	case CTRL_CLOSE_EVENT:
		// 关闭socket
		closesocket(socketServer);
		// 关闭网络库
		WSACleanup();
		break;
	}
	return TRUE;
}

客户端代码：

#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")

/*
	UDP/IP 基本C/S模型 客户端：
		与 UDP/IP 基本C/S模型 服务端代码的区别：
		代码基本一致，只有bind 函数有区别
		服务端需要进行绑定地址与端口号，因为服务端是一对多
		客户端只需要创建服务端地址与端口结构体，与服务端发送数据报时，
		  直接传递的是创建的结构体就可以了，不用进行绑定，因为服务端的ip与端口号固定不变的	

*/
// 1.打开网络库 2.校验版本号
void OpenAndCheckWSAStartup();

// 3.创建服务端socket
SOCKET Sock_Server();

// 全局声明要创建 创建客户端socket
SOCKET socketClient;

// 4.与客户端进行发收数据
void SendToAndRecvFrom(SOCKET sock);

int main()
{
	// 1.打开网络库 2.校验版本号
	OpenAndCheckWSAStartup();

	// 3.创建服务端socket
	SOCKET socketClient = Sock_Server();

	// 4.与客户端进行发收数据
	SendToAndRecvFrom(socketClient);

	//释放socket 
	closesocket(socketClient);
	//清理网络库
	WSACleanup();
	system("pause");
	return 0;
}

// 1.打开网络库 2.校验版本号
void OpenAndCheckWSAStartup()
{
	// 定义WSAStartup函数中参数1 所需的版本号
	WORD wVersionRequestd = MAKEWORD(2, 2);	// 设置2.2版本号
	// 声明WSAStartup函数中参数1 所需的结构体
	WSADATA WSAData;
	// 打开网络库
	int nRet = WSAStartup(wVersionRequestd, &WSAData);
	if (0 != nRet)
	{
		//出错了
		int a = WSAGetLastError();
		printf("网络库打开失败 %d\n", a);
		return;
	}
	// 检验版本号
	if (2 != HIBYTE(WSAData.wVersion) || 2 != LOBYTE(WSAData.wVersion))
	{
		printf("校验版本号错误\n");
		// 关闭网络库
		WSACleanup();
		return;
	}
}
// 3.创建服务端socket
SOCKET Sock_Server()
{
	// 创建服务端 socket
	SOCKET sock_server = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
	// 判断服务端socket是否成功创建
	if (INVALID_SOCKET == sock_server)
	{
		//出错了
		int a = WSAGetLastError();
		printf("创建服务端socket失败，获取的错误码为 %d\n", a);
		//关闭网络库
		WSACleanup();
		return 0;
	}
	return sock_server;
}
// 4.与客户端进行发收数据
void SendToAndRecvFrom(SOCKET sock)
{
	/*int recvfrom(
	  SOCKET   s,
	  char     *buf,
	  int      len,
	  int      flags,
	  sockaddr *from,
	  int      *fromlen
	);
	recvfrom函数：
		作用：得到当前服务端接收到的消息
		本质：复制	将协议缓存区的数据复制黏贴进自定义的buf
		与recv函数一样是进行接收消息，不同的是recv是傻等，recvfrom是死等
	参数1：客户端的socket
		特点：
			TCP是获取指定的，recv函数与客户端是1对1的关系 -- 傻等
			UDP是无差别获取，recvfrom函数与客户端是1对多的关系 -- 死等
	参数2：客户端消息的存储空间，也就是一个字符数组
		广域网：各级路由器上的MTU最小值是576字节
			tcp = 576 - 20(TCP包头) - 20(IP包头) = 536；
			udp = 576 - 8(UDP包头) - 20(IP包头) = 548；
	参数3：想要读取的字节个数, 参数2的字节数
	参数4：数据的读取方式
			0			从协议缓存区取一个数据报，然后就删除掉
			MSG_PEEK	取出数据报，但是协议缓存内不删除，一直残留，导致影响后面的数据读取
			MSG_OOB		带外数据
	参数5：对方的IP地址端口号
			此处结构体为相应的IP地址和端口号 struct sockaddr* sockClient; 填 &sockClient;
	参数6：参数5结构体的大小 int len = sizeof(&sockClient);	填 &len;
	*/
	/*int sendto(
	  SOCKET         s,
	  const char     *buf,
	  int            len,
	  int            flags,
	  const sockaddr *to,
	  int            tolen
	);
	sendto函数：
		作用：向目标发送数据报
		本质：send函数将我们的数据复制黏贴进行系统的协议发送缓冲区，计算机伺机发出去
	参数1：当前客户端的socket（自己的socket）
	参数2：给接收方发送的字节串  UDP统一字节数 548
	参数3：参数2的大小（字节个数 548）
	参数4：填0
	参数5：对方IP地址与端口号结构体
	参数6：参数5的大小

	*/
	// 声明sendto函数中参数5所需的 服务端地址与端口号结构体
	struct sockaddr_in sockServer;
	// 给服务端地址与端口号结构体成员赋值
	sockServer.sin_family = AF_INET;
	sockServer.sin_port = htons(12345);
	sockServer.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");

	// 循环与客户端进行收发消息
	while (1)
	{
		// 定义要发送的字节数组
		char strBuf[548] = { 0 };
		// 手动发送
		scanf_s("%s", strBuf, 548);
		// 设置输入0时，将关闭客户端
		if ('0' == strBuf[0])
		{
			break;
		}

		// 1.发消息
		int nSet = sendto(sock, strBuf, sizeof(strBuf), 0, (struct sockaddr*)&sockServer, sizeof(sockServer));
		// 判断是否成功发送消息
		if (SOCKET_ERROR == nSet)
		{
			// 出错了
			int a = WSAGetLastError();
			printf("发送消息失败，获取的错误码为：%d\n", a);
			continue;
		}

		// 2.收消息
		// 定义recvfrom 函数所需的接收字节数组
		char buf[548] = { 0 };
		// 声明recvfrom函数中参数5所需的 结构体相应的IP地址与端口号
		struct sockaddr sockClient;	// 对方的IP地址与端口号
		// 定义recvfrom函数中参数6所需的 参数5结构体的大小
		int len = sizeof(sockClient);
		int nRet = recvfrom(sock, buf, 548, 0, &sockClient, &len);
		// 判断是否成功接收消息
		if (SOCKET_ERROR == nRet)
		{
			// 出错了
			int a = WSAGetLastError();
			printf("接收消息失败，获取的错误码为：%d\n", a);
			continue;
		}
		// 进行接收消息
		printf("Server say: %s\n", buf);	
	}
}