linux socket编程1

左手的ㄟ右手 2022-09-29 11:57 83阅读 0赞

主机是指网络上到一个节点，不能简单的理解为一个计算机，实际上IP地址是分配给计算机的网络适配器（即网卡）的，  
一台计算机可以有多个网络适配器，也就可以有多个IP地址，一个网卡就是一个网络节点。  
IPv4地址为32位地址，一般以4个字节表示。每个字节到数字用十进制表示，即每个节点的数的范围是0～255，且每个  
数字之间用点隔开，例如：192.168.0.122，这种记录方法称为“点-分”十进制记号法。IP地址到结构如下所示：  
| 网络类型 | 网络ID | 主机ID |  
Internet地址可以分为5类  
地址类型    第一个字节的十进制值  
  A             000-127  
  B             128-191  
  C             192-233  
  D             224-239  
  E             240-255  
A、B、C 三类由InterNIC(Internet网络信息中心)在全球范围内统一分配，D、E为特殊地址。  
  
端口号  
TCP/UDP协议使用16位整数存储端口号，每个主机拥有65535个端口。  
一些端口被IANA分配给指定应用  
21:FTP  
23:Telnet  
80:HTTP  
RFC 1700(大约有2000个保留端口)  
linux中文件/etc/service记录了已经占用的端口。  
  
Socket是一种通讯机制，它包含一整套的调用接口和数据结构的定义，它给应用程序提供了使用如TCP/UDP等网络协议  
进行网络通讯到手段。  
linux中的网络编程通过Socket接口实现，Socket即是一种特殊到IO，提供对应的文件描述符。一个完整的Socket都  
有一个相关描述（socket五元组）\{协议，本地地址，本地端口，远程地址，远程端口\}；每一个Socket都有一个本地的  
唯一Socket，由操作系统分配。  
  
创建Socket  
\#include <sys/socket.h>  
int socket(int domain, int type, int protocol);  
返回值：成功返回描述符，错误返回-1  
Socket创建在内核中，若创建成功返回内核文件描述表中的socket描述符（socket套接字实际上就是一个内核中到结构  
体）。  
domain：  
    AF\_INET     IPv4因特网域  
    AF\_INET6    IPv6因特网域  
    AF\_UNIX     unix域  
    AF\_UNESPEC  未指定  
type:  
    SOCK\_STREAM     流式套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。它使用了TCP协议。TCP保证了数据传输的正  
                    确性和顺序性  
    SOCK\_DGRAM      数据报套接字定义了一种无连接到服务，数据通过相互独立到报文进行传输，是无序的，并且不  
                    保证可靠、无差错。使用数据报协议UDP协议。  
    SOCK\_RAW        原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议实现到测试等。  
    SOCK\_SEQPACKET  长度固定、有序、可靠面向连接报文传递  
protocol：  
    通常为0,表示给指定的域和套接字类型选择默认协议  
      
字节序  
不同体系结构的主机使用不同的字节序存储器保存多字节整数。字节存储顺序不同，有的系统是高位在前，低位在后（大端字节序），  
有的系统是低位在前，高位在后（小端字节序列）。网络协议使用网络字节序，即大端字节序。网络传输的数据大家是一定要统一  
顺序的,所以对于内部字节表示顺序和网络字节顺序不同的机器，就一定要对数据进行转换。  
uint32\_t htonl(uint32\_t hostlong);  
    将一个32位整数由主机字节序转换为网络字节序  
uint16\_t htons(uint16\_t hostshort);  
    将一个16位整数由主机字节序转换为网络字节序  
uint32\_t ntohl(uint32\_t netlong);  
    将一个32位整数由网络字节序转换为主机字节序  
uint16\_t ntohs(uint16\_t netshort);  
    将一个16位整数由网络字节序转换为主机字节序  
注：函数内部会自己判断所使用到机器使用的是何种字节序，然后完才字节序转换。  
  
通用地址结构  
\#include <sys/socket.h>  
struct sockaddr  
\{  
    unsigned short sa\_family;//Internet地址族,AF\_XXX  
    char sa\_data\[14\];//14 bytes的协议地址  
\};  
sa\_data包含了一些远程电脑的地址、端口和套接字的数目，它里面的数据是冗杂在一起的。  
sa\_family一般来说，IPv4使用AF\_INET。  
在传递给需要地址结构到函数时，把指向地址结构的指针转换成（struct sockaddr\*）传递进去。  
  
因特网地址结构  
struct in\_addr  
\{  
    in\_addr\_t s\_addr; //IPv4地址  
\};  
  
struct sockaddr\_in  
\{  
    short int sin\_family;//Internet地址族如AF\_INET  
    unsigned short int sin\_port;//端口号，16位值（网络字节序）  
    struct in\_addr sin\_addr;//Internet的地址，32位IPv4地址（网络字节序）  
    unsigned char sin\_zero\[8\];//填0（为了格式对齐的填充位）  
\};  
  
通用地址结构与因特网地址结构数据类型是等效的，可以相互转换，通常使用sockaddr\_in更为方便。  
  
IPv4地址族和字符地址之间到转换  
\#include <arp/inet.h>  
const char\* inet\_ntop(int domain, const void \*restrict addr, char\* restrict str, socklen\_t size);  
返回：成功返回地址字符串指针，出错返回NULL  
功能:网络字节序转换成点分十进制  
  
int inet\_pton(int domain, const char\* restrict str, void \*restrict, addr);  
返回：成功返回1,无效格式返回0，出错返回-1  
功能：点分十进制转换:为网络字节序  
  
参数：  
domain:Internet地址族，如AF\_INET  
addr:Internet地址，32位IPv4地址（网络字节序）  
str：地址字符串（点分十进制）指针  
size:地址字符串大小  
  
填写IPv4地址族结构案例:  
struct sockaddr\_in sin; //定义一个sockaddr\_in结构体  
char buf\[16\];  
memset(&sin, 0, sizeof(sin));  
sin.sin\_family = AF\_INET;//填写Internet地址族  
sin.sin\_port = htons((short)3001);//填写端口号（网络字节序）  
  
//填充sin\_addr  
if(inet\_pton(AF\_INET, "192.168.1.1", &sin.sin\_addr.s\_addr) < 0)  
\{  
    //错误处理  
\}  
printf("%s\\n", inet\_ntop(AF\_INET, &sin.sin\_addr.s\_addr, buf, sizeof(buf)));  
  
  
TCP客户端服务器编程模型  
客户端调用序列：  
1.调用socket函数创建套接字  
2.调用connect连接服务器端  
3.调用I/O函数(read/write)与服务器端进行通信  
4.调用close关闭套接字  
Socket(tcp)的客户端编程步骤:  
1） 在内核中创建结构体struct socket  
2） 用户空间中创建地址结构体struct sockadd\_in  
3） 往地址结构体中加入服务器的ip和port并要将其转成网络字节序  
4） 发送连接请求给服务器(connect)  
5） 通过socket发送和接受数据(write and read)  
6） 释放资源(close)  
  
服务器端调用序列：  
1.用socket函数创建套接字  
2.调用bind绑定本地地址和端口  
3.调用listen启动监听  
4.调用accept从已连接队列中提取客户连接  
5.调用I/O函数(read/write)与客户端进行通信  
6.调用close关闭套接字  
  
 服务器编程步骤:  
1） 在内核中创建结构体struct socket  
2） 用户空间中创建地址结构体struct sockaddr\_in  
3） 往地址结构体中加入ip和port并要将其转成网络字节序  
（将对方的ip（inet\_ntop函数）和port（ntohs函数）从网络字节序转换成本地字节序）  
4） 将struct socket和struct sockaddr\_in进行绑定（bind）  
5） 监听来自客户端的连接请求（listen）  
6） 从排队的队列中获得客户端的连接并对其服务（accept）  
7） 通过socket发送和接受数据（write and read）  
8） 释放资源（close）  
  
绑定地址  
\#include <sys/socket.h>  
int bind(int sockfd, const struct sockaddr \*addr, socklen\_t len);  
返回：成功返回0,出错-1  
  
查找绑定到套接字的地址  
\#include <sys/socket.h>  
int getsockname(int sockfd, struct sockaddr\* restrict addr, socklen\_t \*restrict alenp);  
返回:成功返回0,出错返回-1  
  
获取对方地址  
\#include <sys/socket.h>  
int getpeername(int sockfd, struct sockaddr\* restrict addr, socketlen\_t \*restrict alenp);  
返回:成功返回0,出错返回-1