Linux网络编程（套接字编程）

快来打我* 2023-01-21 10:20 1阅读 0赞

# socket套接字编程 #

*  ## udp协议与tcp协议区别 ##
 *  ### udp协议： ###

udp协议：用户数据报协议

特性：无连接，不可靠，面向数据报

应用场景：实时性要求大于安全性（类似于短信发送）eg.视频传输

*  ### tcp协议： ###

tcp协议：传输控制协议

特性：面向连接，可靠传输，面向字节流

应用场景：安全性要求大于实时性（类似于打电话）eg.文件传输

*  ## 客户端和服务端区别 ##

1.  客户端：主动发起请求的一端，也就意味着客户端必须提前知道服务端的地址信息（ip+port）因此厂商服务端地址信息一般固定而且被固定写入客户端程序
2.  服务端：被动接收请求，提供服务的通信端

*  ## udp通信流程 ##

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*  ### TCP通信流程 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

*  ### TCP通信接口 ###

**\#include <sys/socket.h>**

**int socket（int domain ，int type ，int protocal）**

1.  domain： 地址域类型 一般使用AF\_INET（表示ipv4地址结构，采用ipv4通信）
2.  type：套接字类型  **(1)SOCK\_STREAM: 流式套接字 （可连接，可靠, 供TCP使用）** （2） SOCK\_DGRAM：数据报套接字（不连接，不可靠，供UDP使用）
3.  protocal：协议 IPPROTO\_TCP -6 IPPROTO\_UDP -17（或0 默认协议，根据套接字类型自动配置协议）
4.  返回值：返回一个文件描述符（操作句柄） 失败-1

**（2）为套接字绑定地址信息**

**int bind（int sockfd，struct sockaddr\* addr, socklen\_t addrlen）**

1.  sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2.  addr：当前绑定的地址信息 通过获取到地址域进行区分
3.  addrlen：地址信息长度
4.  返回值;成功0 失败-1

**（3）开始监听**

**int listen(int sockfd,int backlog)**

1.  sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2.  backlog:服务端能够在同一时间处理的最大连接数，将连接的socket放在已完成连接队列中 已完成连接队列的节点数量=backlog+1

**（4）客户端发送连接请求**

**int connect(int sockfd ,struct sockaddr \* srvaddr ,socklen\_t len)**

1.  sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2.  服务端地址信息
3.  服务端地址长度
4.  返回值：失败-1，成功0

**（5）服务端获取新建连接**

**int accept(int sockfd ,struct sockaddr \*ciladdr，socklen\_t \*addrlen)**

1.  sockfd:监听套接字（服务端最早创建的套接字）只用于获取新建连接
2.  ciladdr：新的连接的服务端地址信息
3.  addrlen：输入输出参数，指定地址信息长度，以及返回实际长度
4.  返回值：新建连接套接字的操作句柄，后续与客户端服务通过此操作句柄完成

**（6）发送数据（****TCP通信因为新建socket结构中已经包含完整五元组，不需要指定地址****）**

**ssize\_t send(int sockfd, void\* data, int len, int flag)**

1.  sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2.  data:发送数据空间首地址
3.  len：发送数据长度
4.  flag：标志位 默认0 - 阻塞发送（没有发送数据则一直等待发送数据到来）
5.  返回值：成功返回实际发送的数据长度 失败-1，连接断开，继续send会触发异常

**（7）接收数据**

**ssize\_t recv(int sockfd, void\* buf, int len, int flag)**

1.  sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2.  buf:空间地址，用于存放数据
3.  len：接受数据长度
4.  flag：标志位 默认0 - 阻塞接收（没有接收到数据则一直等待接收）
5.  返回值：返回实际接收到的数据长度 失败-1，连接断开返回0，此时无法通信

**（8）关闭套接字**

**int close(int sockfd)**

**代码测试：**

**（1）封装tcpsocket类，实例化类对象通过接口传参调用更加方便**

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![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

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**（2）服务端**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

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**（3）客户端**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 8][]

![20210526215759165.png][]

![20210526215813309.png][]![20210526215834901.png][]

上述结果发现问题：服务端流程发生阻塞，只有新创建客户端才会重新唤醒一次服务端，当前服务端不知道什么时候有新的连接到来，什么时候有数据到来，固定流程调用接口会造成阻塞

**原因分析：**

accept接口，recv接口以及send接口都是阻塞接口，任意一个接口调用都有可能导致服务端阻塞

**解决方案：**

**多执行流并发处理：为每一个客户端都创建一个执行流负责与客户端通信**

优点：

1.  主线程卡在获取新建连接这，但不会影响客户端的通信
2.  某个客户端通信阻塞，也不会影响主线程以及其他线程

*  **多线程：普通线程与主线程数据共享，指定入口函数执行**

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![20210526222259178.png][]![20210526222312186.png][]

**注意：主线程不能随意释放套接字，因为资源共享，一旦释放其他线程将无法再使用套接字**

*  **多进程：子进程复制父进程，但数据各自独有**

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![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 12][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 13][]

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 14][]![20210526223100153.png][]

**注意：**

1.  **僵尸进程的处理，signal子进程发送信号给父进程 进行忽略处理**
2.  **父子进程各自数据独有，父进程不会使用新建套接字，因此子进程创建之后父进程将其释放掉，否则会造成资源泄漏**

*  ### UDP通信接口 ###

**（1）创建套接字  
 \#include <sys/socket.h>**

**int socket（int domain ，int type ，int protocal）**

1.  domain： 地址域类型 一般使用AF\_INET（表示ipv4地址结构，采用ipv4通信）
2.  type：套接字类型 (1)SOCK\_STREAM: 流式套接字 （可连接，可靠, 供TCP使用） **（2） SOCK\_DGRAM：数据报套接字（不连接，不可靠，供UDP使用）**
3.  protocal：协议 IPPROTO\_TCP -6 IPPROTO\_UDP -17（或0 默认协议，根据套接字类型自动配置协议）
4.  返回值：返回一个文件描述符（操作句柄） 失败-1

**（2）为套接字绑定地址信息**

**int bind（int sockfd，struct sockaddr\* addr, socklen\_t addrlen）**

1.  sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2.  addr：当前绑定的地址信息 通过获取到地址域进行区分
3.  addrlen：地址信息长度
4.  返回值;成功0 失败-1

**（3）接受数据**

**ssize\_t recvfrom(int sockfd, void\* buf, int len, int flag, struct sockaddr\* srcaddr, socklen\_t addrlen)**

1.  sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2.  buf:空间地址，用于存放数据
3.  len：接受数据长度
4.  flag：标志位 默认0 - 阻塞接收（没有接收到数据则一直等待接收）
5.  srcaddr：本条数据源端地址信息
6.  addrlen：输入输出参数 -指定要接收多长的地址结构，并且返回实际接收到的地址长度
7.  返回值：返回实际接收到的数据长度 失败-1

**（4）发送数据**

**ssize\_t sendto(int sockfd, void\* data, int len, int flag, struct sockaddr\* peeraddr, socklen\_t addrlen)**

1.  sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2.  data:发送数据空间首地址
3.  len：发送数据长度
4.  flag：标志位 默认0 - 阻塞发送（没有发送数据则一直等待发送数据到来）
5.  peeraddr：对端地址信息
6.  addrlen：输入输出参数 -指定要发送多长的地址结构，并且返回实际发送的地址长度
7.  返回值：返回实际发送的数据长度 失败-1

**（5）关闭套接字**

**int close(int sockfd)**

**（6）字节序转换接口**

**\#include <arpa/inet.h>**

**uint32\_t htonl(uint32\_t hostlong);**  **32位数据主机到网络字节序转换**

**uint16\_t htons(uint16\_t hostshort);** **16位数据主机到网络字节序转换**

**uint32\_t ntohl(uint32\_t netlong);**  **32位数据网络到主机字节序转换**

**uint16\_t ntohs(uint16\_t netshort);** **16位数据网络到主机字节序转换**

**注：port端口转换使用s ip地址转换用l**

**（7）IP地址转换接口**

**in\_addr\_t inet\_addr(const char\* cp)**  **将字符串点分十进制ip地址转换为整型网络字节序ip地址 192.168.2.2 -> 0xc0a80202**

**char \*inet\_ntoa(struct in\_addr in)  将整型网络字节序ip地址转换为字符串点分十进制ip地址 in.s\_addr=0xc0a80202 -> 192.168.2.2**

**代码测试：**

**（1）封装udpsocket类，实例化类对象通过接口传参调用更加方便**

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![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 17][]

**（2）服务端**

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![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 19][]

**（3）客户端**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM2MTMxNjEx_size_16_color_FFFFFF_t_70 20][]

![20210526205619424.png][]![20210526205640880.png][]

*  ### **查看网络状态信息：** ###

**netstat**

*  **-a或--all 显示所有连线中的Socket**。**查看所有**

# netstat -a

*  \-A<网络类型>或--<网络类型> 列出该网络类型连线中的相关地址。
 *  \-c或--continuous 持续列出网络状态。
 *  \-C或--cache 显示路由器配置的快取信息。
 *  \-e或--extend 显示网络其他相关信息。
 *  \-F或--fib 显示路由缓存。
 *  \-g或--groups 显示多重广播功能群组组员名单。
 *  \-h或--help 在线帮助。
 *  \-i或--interfaces 显示网络界面信息表单。
 *  \-l或--listening 显示监控中的服务器的Socket。
 *  \-M或--masquerade 显示伪装的网络连线。
 *  **-n或--numeric 直接使用IP地址，而不通过域名服务器，不以服务名称显示**

# netstat -an

*  \-N或--netlink或--symbolic 显示网络硬件外围设备的符号连接名称。
 *  \-o或--timers 显示计时器。
 *  **-p或--programs 显示正在使用Socket的程序识别码和程序名称。查看当前网络状态对应的进程**

# netstat -ap

*  \-r或--route 显示Routing Table。
 *  \-s或--statistics 显示网络工作信息统计表。
 *  **-t或--tcp 显示TCP传输协议的连线状况。**

# netstat -at

*  **-u或--udp 显示UDP传输协议的连线状况。**

# netstat -au

*  \-v或--verbose 显示指令执行过程。
 *  \-V或--version 显示版本信息。
 *  \-w或--raw 显示RAW传输协议的连线状况。
 *  \-x或--unix 此参数的效果和指定"-A unix"参数相同。
 *  \--ip或--inet 此参数的效果和指定"-A inet"参数相同。

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