网络基础—socket编程（1）

雨点打透心脏的1/2处 2022-05-28 03:47 326阅读 0赞

1.  **socket网络编程的含义**  
    linux网络编程是通过socket(套接字)接口实现，socket是一种文件描述符（可类比文件操作），socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种”打开—读/写—关闭”模式的实现，服务器和客户端各自维护一个”文件”，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。
2.  **常见 socket 分类**  
    （1）流式socket（SOCK\_STREAM ）  
    流式套接字提供可靠的、面向连接的通信流；它使用TCP 协议，从而保证了数据传输的正确性和顺序性。  
    （2）数据报socket（SOCK\_DGRAM ）  
    数据报套接字定义了一种无连接的服 ，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证是可靠、无差错的。它使用数据报协议UDP。  
    （3）原始socket（SOCK\_RAW）  
    原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP进行直接访问，功能强大但使用较为不便，主要用于一些协议的开发。
3.  **socket 编程常用函数**  
    （1）int socket(int family, int type, intprotocol); 用以创建一个socket  
    family指定协议族；type参数指定socket的类型：SOCK\_STREAM、SOCK\_DGRAM、SOCK\_RAW；protocol通常赋值0, socket()调用返回一个整型socket描述符  
    （2）int bind(int sockfd, struct sockaddr\*my\_addr, int addrlen); 用于绑定IP地址和端口号到socket  
    sockfd是一个socket描述符，my\_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针;addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr),bind()函数在成功被调 用时返回0；遇到错误时返回”-1”并将errno置为相应的错误号  
    （3）int connect(int sockfd, struct sockaddr\*serv\_addr, int addrlen); 该函数用于绑定之后的client端，与服务器建立连接  
    sockfd是目的服务器的sockect描述符；serv\_addr是服务器端的IP地址和端口号的地址,addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。遇到错误时返回-1，并且errno中包含相 应的错误码  
    （4）int listen(int sockfd， int backlog); 设置能处理的最大连接数，listen()并未开始接受连线，只是设置sockect为listen模式  
    sockfd是socket系统调用返回的服务器端socket描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数  
    （5）int accept(int sockfd, struct sockaddr\*addr, int \*addrlen); 用来接受socket连接  
    sockfd是被监听的服务器socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr\_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求的客户端地址；addrten通常为一个指向值为 sizeof(struct sockaddr\_in)的整型指针变量。错误发生时返回一个-1并且设置相应的errno值  
    （6）int send(int sockfd, const void \*msg, intlen, int flags); 发送数据  
    sockfd是你想用来传输数据的socket描述符，msg是一个指向要发送数据的指针。 len是以字节为单位的数据的长度。flags一般情况下置为0  
    （7）int recv(int sockfd,void \*buf,intlen,unsigned int flags); 接收数据  
    sockfd是接受数据的socket描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。flags也被置为0。recv()返回实际上接收的字节数，或当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。  
    （8）int sendto(int sockfd, const void \*msg,intlen,unsigned int flags,const struct sockaddr \*to,int tolen); 发送数据,用于面向非连接的socket（SOCK\_DGRAM/SOCK\_RAW）  
    该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。  
    （9）int recvfrom(int sockfd,void \*buf,intlen,unsigned int flags,struct sockaddr \*from,int \*fromlen); 接受数据,用于面向非连接的socket（SOCK\_DGRAM/SOCK\_RAW）  
    from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof(struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno
4.  **其他数据结构各函数**  
    （1）in\_addr\_t inet\_addr(const char \*strptr); 将字符串IP地址转换为IPv4地址结构in\_addr值  
    （2）char \* inet\_ntoa(struct in\_addr \*addrptr); 将IPv4地址结构in\_addr值转换为字符串IP  
    （3）struct hostent \*gethostbyname(const char\*name); 域名和IP地址的转换  
    函数返回一种名为hostent的结构类型，它的定义如下：

struct hostent 
    { 
    char h_name; / 主机的官方域名 */ 
    char *h_aliases; / 一个以NULL结尾的主机别名数组 */ 
    int h_addrtype; /* 返回的地址类型，在Internet环境下为AF-INET */ 
    int h_length; /地址的字节长度 / 
    char *h_addr_list; / 一个以0结尾的数组，包含该主机的所有地址*/ 
    　　}; 
    #define h_addr h_addr_list[0] //在h-addr-list中的第一个地址

（4）相同字节序的平台在进行网络通信时可以不进行字节序转换，但是跨平台进行网络数据通信时必须进行字节序转换。  
原因如下：网络协议规定接收到得第一个字节是高字节，存放到低地址，所以发送时会首先去低地址取数据的高字节。小端模式的多字节数据在存放时，低地址存放的是低字节，而被发送方网络协议函数发送时会首先去低地址取数据（想要取高字节，真正取得是低字节），接收方网络协议函数接收时会将接收到的第一个字节存放到低地址（想要接收高字节，真正接收的是低字节），所以最后双方都正确的收发了数据。而相同平台进行通信时，如果双方都进行转换最后虽然能够正确收发数据，但是所做的转换是没有意义的，造成资源的浪费。而不同平台进行通信时必须进行转换，不转换会造成错误的收发数据，字节序转换函数会根据当前平台的存储模式做出相应正确的转换，如果当前平台是大端，则直接返回不进行转换，如果当前平台是小端，会将接收到得网络字节序进行转换。  
htons() –将一个16位数从主机字节顺序转换成网络字节顺序。 返回值：htons()返回一个网络字节顺序的值  
ntohs() –本函数将一个16位数由网络字节顺序转换为主机字节顺序。 返回值：ntohs()返回一个以主机字节顺序表达的数

5.**基于TCP的socket 的客户端和服务端实现过程**  
（1）TCP的服务器程序结构  
——创建一个socket,用函数socket()  
——绑定IP地址、端口信息到socket上，用函数bind()  
——设置允许的最大连接数，用函数listen（）  
——接受客户端的连接，用函数accept()  
——收发数据，用send()、recv()或者read()、write()  
——关闭网络连接  
（2） TCP的客户端程序结构：  
——创建一个socket,用函数socket()  
——设置要连接的服务器的IP地址和端口属性  
——连接服务器，用函数connet()  
——收发数据，用send()、recv()或者read()、write()  
——关闭网络连接

6.**基于UDP的socket 的客户端和服务端的实现过程**  
（1）UDP的服务器程序结构  
——创建一个socket,用函数socket()  
——绑定IP地址、端口信息到socket上，用函数bind()  
——循环接受数据，用函数recvform()  
——关闭网络连接  
（2）UDP的客户端程序结构：  
——创建一个socket,用函数socket()  
——设置要连接的服务器的IP地址和端口属性  
——发送数据，用函数sento()  
——关闭网络连接

**基于TCP的socket 服务端和客户端实现**  
——服务端

#include <stdlib.h> 
    #include <stdio.h> 
    #include <errno.h> 
    #include <string.h> 
    #include <netdb.h> 
    #include <sys/types.h> 
    #include <netinet/in.h> 
    #include <sys/socket.h> 
    #include <arpa/inet.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define PORTNUM 6789
    #define MAX_SIZE 1024
    int main(int argc, char *argv[]) 
    { 
        int sockfd,new_fd; 
        struct sockaddr_in server_addr; 
        struct sockaddr_in client_addr;
        int sin_size; 
        char msg[MAX_SIZE] = "Hello! ...\n"; 
        //未做异常判断 socket() bind() listen() accept() wirte()错误返回值为-1 
        sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 
    
        bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
        server_addr.sin_family=AF_INET; 
        server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); //
        //server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); 
        server_addr.sin_port=htons(PORTNUM); 
    
       int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)); 
    
        ret = listen(sockfd,5); 
    
        while(1) 
        { 
            sin_size=sizeof(struct sockaddr_in); 
            new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size); 
            fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
    
            ret = write(new_fd,msg, strlen(msg)); 
            while(1)
            {
                bzero(msg, MAX_SIZE);
                fgets(msg, MAX_SIZE, stdin);
                msg[strlen(msg) - 1] = '\0';
                printf("inputed: %s----input \"exit\" to quit\n", msg);
                if(strcmp(msg, "exit") == 0) break;
                ret = write(new_fd, msg, strlen(msg));
            }
            close(new_fd); 
        } 
    
        close(sockfd); 
        exit(0); 
    }

——客户端

#include <stdlib.h> 
    #include <stdio.h> 
    #include <errno.h> 
    #include <string.h> 
    #include <netdb.h> 
    #include <sys/types.h> 
    #include <netinet/in.h> 
    #include <sys/socket.h> 
    #include <arpa/inet.h> 
    
    
    #define PORTNUM 6789 
    
    int main(int argc, char *argv[]) 
    { 
        int sockfd; 
        char buffer[1024]; 
        struct sockaddr_in server_addr; 
        struct hostent *host; 
        int nbytes; 
    
    
        host=gethostbyname(argv[1]);//返回值不为NULL时正确 
    
        sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
        bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); 
        server_addr.sin_family=AF_INET; // IPV4
        server_addr.sin_port=htons(PORTNUM); //
        server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr); // IP地址
    
        int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)); 
    
        while((nbytes = read(sockfd, buffer, 1024)) != -1) 
        {
            if(nbytes > 0) 
            {
                buffer[nbytes]='\0'; 
                printf("client received:%s\n",buffer); 
                bzero(buffer, 1024);
            }
        }
    
    
        close(sockfd); 
        exit(0); 
    }