C++网络编程之IP地址和端口

C++ 网络编程之 IP 地址和端口

在现代网络编程中，IP 地址和端口是非常重要的概念。它们不仅是网络通信的基础，也是实现各类网络服务的关键。在 C++ 网络编程中，理解并正确使用 IP 地址和端口至关重要。

一、IP 地址

IP 地址是互联网协议（Internet Protocol）中用于标识网络设备的地址。IP 地址分为 IPv4 和 IPv6 两种格式。IPv4 是最常见的，其格式为四个十进制数，用点分隔，例如 192.168.0.1。而 IPv6 则使用更长的地址格式，以冒号分隔，形如 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334。

在 C++ 中，可以使用标准库中的 inet_pton 函数将字符串形式的 IP 地址转换为二进制形式，便于后续处理。

二、端口

端口是网络通信中的一个逻辑概念，用于标识特定的进程。每个 IP 地址可以对应多个端口，默认情况下 HTTP 协议使用端口 80，HTTPS 使用端口 443。端口的取值范围是 0 到 65535，其中 0 到 1023 为特权端口，普通用户不能随意使用。

三、使用 C++ 进行网络编程的示例

下面是一个简单的 TCP 服务器示例，它使用 C++ 和 POSIX 套接字编程来创建一个监听特定端口的服务器，接收客户端的连接并进行简单的通信。

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

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    // 创建套接字
    int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (server_fd == -1) {
        std::cerr << "创建套接字失败" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 设置地址重用
    int opt = 1;
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)) < 0) {
        std::cerr << "设置套接字选项失败" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 定义套接字地址
    struct sockaddr_in address;
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 监听所有可用的接口
    address.sin_port = htons(PORT); // 转换为网络字节序

    // 绑定套接字
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr*)&address, sizeof(address)) < 0) {
        std::cerr << "绑定套接字失败" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 开始监听
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        std::cerr << "监听失败" << std::endl;
        return -1;
    }

    std::cout << "服务器正在监听端口 " << PORT << std::endl;

    // 接受客户端连接
    int addrlen = sizeof(address);
    int new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr*)&address, (socklen_t*)&addrlen);
    if (new_socket < 0) {
        std::cerr << "接受连接失败" << std::endl;
        return -1;
    }

    // 读取客户端数据
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};
    read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
    std::cout << "收到消息: " << buffer << std::endl;

    // 向客户端发送回应
    const char* response = "Hello from server";
    send(new_socket, response, strlen(response), 0);

    // 关闭套接字
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

四、代码解析

1. 创建套接字：使用 socket() 函数创建一个 TCP 套接字。
2. 设置重用选项：使用 setsockopt() 设置套接字地址的重用，避免在程序多次启动时由于端口被占用而导致的错误。
3. 绑定地址：使用 bind() 将套接字与指定的 IP 地址和端口进行绑定。
4. 监听连接：使用 listen() 开始监听客户端连接请求。
5. 接受连接：通过 accept() 接受客户端的连接请求。
6. 数据通信：使用 read() 和 send() 函数与客户端进行数据交换。
7. 关闭套接字：最后关闭与客户端和服务器的套接字。

总结

IP 地址和端口在 C++ 网络编程中扮演着重要角色，熟练掌握它们的使用能够更好地实现网络通信功能。通过以上简单的示例和解析，我们可以初步在 C++ 中实现一个基本的 TCP 服务器。随着对网络编程的深入理解，我们可以开发出更复杂的网络应用程序。