Linux网络编程（Socket）

Posted 2021-05-18 行稳方能走远

tags:

篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux网络编程（Socket）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

网络编程（Socket）概述

引入

前面几个章节讲的进程间通讯均基于同一台Linux内核实现的，因此无法实现多机（和手机、单片机、X86架构等）通讯，因此引入网络通讯，入门先学习Socket（又叫做套接字）网络编程。
在这里插入图片描述

网络编程通识扫盲

在这里插入图片描述

socket套接字

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现， socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）。Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

套接字描述符

其实就是一个整数，我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr。当应用程序要创建一个套接字时，操作系统就返回一个小整数作为描述符，应用程序则使用这个描述符来引用该套接字需要I/O请求的应用程序请求操作系统打开一个文件。操作系统就创建一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看，文件描述符是一个整数，应用程序可以用它来读写文件。

字节序

字节序就是字节存储的顺序（从高地址开始存储还是从低地址开始存储），在网络编程中要注意相关协议使用的字节序，防止数据传输出错。具体使用的是字节序转换api，配合着端口号使用。
在这里插入图片描述

socket编程步骤

模拟场景：
在这里插入图片描述

步骤介绍：

在这里插入图片描述

Linux提供的API简析

创建套接字即连接协议[socket] （服、客）

int socket(int domain,int type,int protocol)

在这里插入图片描述

准备好IP和端口[bind] （服）

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

struct sockaddr 这个结构体一般同等替代成struct sockaddr_in，使用的时候注意新结构体的类型强制转换。
在这里插入图片描述
地址转换api

 int inet_aton(const char *straddr, struct in_addr *addrp);
 char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);

在这里插入图片描述

监听[listen] （服）

int listen(int sockfd, int backlog);

backlog：支持最大的连接数

在这里插入图片描述

接受连接[accept] （服）

三次握手成功就建立accept连接。函数里面的结构体存放客户端的IP和端口号等信息。

 int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen, int flags);

在这里插入图片描述

数据收发[read、write] （服、客）

和文件read、write用的同一个api。底下最后两对一般用于UDP 在这里插入图片描述

数据收发第二套API，多了flags控制参数
在这里插入图片描述

客户端的[connect]函数（客）

 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

在这里插入图片描述

socket服务端代码实现

利用telnet的方式进行通信，目前还没有写客户端的代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

      



int main(int argc, char const *argv[])
{
	int s_fd;
	int c_fd;
	int n_read;
	int n_write;
	char readBuf[128];
	char *returnMsg="我收到了你的信息";//发送给客户端的消息 尽量不使用数组
	
	struct sockaddr_in c_addr;
	struct sockaddr_in s_addr;
	memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
	memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空 再配置

	//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);
	s_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
				//ipv4   tcp协议
	if(s_fd == -1){
		printf("创建socket失败");
		perror("socket:");
		exit(-1);

	}
	
	//2.bind  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

	s_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4
	s_addr.sin_port=htons(8687);//端口号，选择5000以上(有些端口被系统调用)。honts返回网络字节序
	//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)
	
	inet_aton("192.168.103.49",&s_addr.sin_addr)
	//inet_aton("127.0.0.1",&s_addr.sin_addr);//sin_addr是结构体sockaddr_in里面的结构体 存放IP（下面有查找到原型）   然后转换为网络能识别的格式
	//或者使用ifconfig命令查到实际本机的IP也可以
	bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
               //结构体类型转换，因为用的同等替换的结构体sockaddr_in
               
	//3.listen int listen(int sockfd, int backlog);
	listen(s_fd,10);//监听10个连接


	//4.accept int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
	int client=sizeof(struct sockaddr_in);       //要求用指针（存放长度）
	c_fd=accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&client);
	                    //sockaddr_in进行类型强转 存放客户端信息
	if(c_fd == -1){
		printf("连接失败\\n");
		perror("accept:");
		exit(-1);

	}
	                                  //客户端
	printf("客户端的ip：%s\\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr)); //把网络格式的ip地址打印成字符串格式
	
	
	//5.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
	n_read=read(c_fd,readBuf,128);  //c_fd客户端
	if(n_read == -1){
		perror("read:");
	}else{
		printf("得到的消息:%d,%s\\n",n_read,readBuf);
	}
	
	//6.write ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
	n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));
	return 0;
}

运行结果（客户端发送 huai dan）：

在这里插入图片描述

Tips：在user/include目录下查找头文件。查找结构体sockaddr_in的定义原型、使用了哪个头文件时，我们可以用grep xx* -nir 来实现（n:显示行号；i：不区分大小写；r：递归）。

在这里插入图片描述

进去就能找到这个结构体原型啦：

在这里插入图片描述

socket客户端代码实现

客户端向服务端发送消息，实现通信（只能进行一次通讯）。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>


int main(int argc, char const *argv[])
{

	int c_fd;
	int n_read;
	int n_write;
	int c_connect;
	char readBuf[128];
	char *returnMsg="这是来自客户端的信息";
	struct sockaddr_in c_addr;
	memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空
	//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);
	c_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
				//ipv4   tcp协议
	if(c_fd == -1){
		printf("创建socket失败");
		perror("socket:");
		exit(-1);

	}
	c_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4
	c_addr.sin_port=htons(8687);//端口号，选择5000以上。honts返回网络字节序
	//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)
	inet_aton("192.168.103.49",&c_addr.sin_addr);//转换为网络能识别的格式
	//2.connect  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
    c_connect=connect(c_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr));
    if(c_connect == -1){
    	printf("连接失败\\n");
    	perror("connect:");
    }
	
	//3.write/send ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
	n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));
	                           //注意和sizeof的使用区别
	//4.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
	n_read=read(c_fd,readBuf,128);
	if(n_read == -1){
		perror("read:");
	}else{
		printf("来自服务端的消息:%d,%s\\n",n_read,readBuf);
	}
	//5.close     int close(int fd);
	close(c_fd);
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

实现双方（多方）聊天

本质就是上面的代码加入while循环，实现不断的消息收发。

其中服务端使用了两次fork()，第一个是在accept后（即三次握手成功后）创建进程，实现和多个客户端的通信；第二个fork()创建进程应用在和客户端通信“写”的过程，而“读”放在while循环中，这样就实现了读和写并行运行。

客户端仅用fork创建了一个进程，同样应用在“写”，“读”放在while循环中，这样就实现了读和写并行运行。

服务端代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
     

int main(int argc, char const *argv[])
{
	int s_fd;
	int c_fd;
	int n_read;
	int n_write;
	char readBuf[128];
	char returnMsg[128]={0};
	struct sockaddr_in c_addr;
	struct sockaddr_in s_addr;
	memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
	memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空
	if(argc != 3){
		printf("参数出错\\n");
		exit(-1);
	}
	//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);
	s_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
				//ipv4   tcp协议
	if(s_fd == -1){
		printf("创建socket失败");
		perror("socket:");
		exit(-1);

	}
	//2.bind  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

	s_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4
	s_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//端口号，选择5000以上。honts返回网络字节序,atoi(argv[2])防止端口被占用
	//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)
	inet_aton(argv[1],&s_addr.sin_addr);//转换为网络能识别的格式
	bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));

	//3.listen int listen(int sockfd, int backlog);
	listen(s_fd,10);//监听10个连接

	//4.accept int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
	int client=sizeof(struct sockaddr_in);
	while(1){//不断接收客户端
		c_fd=accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&client);
		if(c_fd == -1){
			printf("连接失败\\n");
			perror("accept:");
			exit(-1);

		}
		printf("客户端的ip：%s\\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr)); //把网络格式的ip地址打印成字符串格式
		if(fork() == 0){
			if(fork() == 0){
				while(1){//不断写入
					memset(returnMsg,0,sizeof(returnMsg));
					printf("请输入：\\n");
					gets(returnMsg);
					//6.write ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
					n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));
				}
			}
			while(1){//不断读取
				//5.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
				memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));//不断清空数据防止数据重复出现
				n_read=read(c_fd,readBuf,128);
				if(n_read == -1){
					perror("read:");
				}else{
					printf("得到的消息:%d,%s\\n",n_read,readBuf);
				}
			}
			
		}
	}
	return 0;
}

客户端代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>


int main(int argc, char const *argv[])
{
	int ret;
	int c_fd;
	int n_read;
	int n_write;
	int c_connect;
	char readBuf[128];
	char returnMsg[128]={0};
	char *quit="quit";
	struct sockaddr_in c_addr;
	memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空
	if(argc != 3){
		printf("参数出错\\n");
		exit(-1);
	}
	//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);
	c_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
				//ipv4   tcp协议
	if(c_fd == -1){
		printf("创建socket失败");
		perror("socket:");
		exit(-1);

	}
	c_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4
	c_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//端口号，选择5000以上。honts返回网络字节序
	//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)
	inet_aton(argv[1],&c_addr.sin_addr);//转换为网络能识别的格式
	//2.connect  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
    c_connect=connect(c_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr));
    if(c_connect == -1){
    	printf("连接失败\\n");
    	perror("connect:");
    }
	while(1){
		if(fork() == 0){
			while(1){//不断写入
				memset(returnMsg,0,sizeof(returnMsg));
				printf("请输入:\\n");
				gets(returnMsg);
				//3.write/send ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
				n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));
				if(strcmp(quit,returnMsg) == 0){//如果输入quit则客户端就退出
					exit以上是关于Linux网络编程（Socket）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 Linux----网络编程socket
 Linux：TCP Socket编程（代码实战）
 Linux：TCP Socket编程（代码实战）
 Linux：UDP Socket编程(代码实战)
 Linux：UDP Socket编程(代码实战)
 Linux 网络编程三（socket代码详解）

Linux网络编程（Socket）

目录

网络编程（Socket）概述

引入

网络编程通识扫盲

socket套接字

套接字描述符

字节序

socket编程步骤

Linux提供的API简析

创建套接字即连接协议[socket] （服、客）

准备好IP和端口[bind] （服）

监听[listen] （服）

接受连接[accept] （服）

数据收发[read、write] （服、客）

客户端的[connect]函数 （客）

socket服务端代码实现

socket客户端代码实现

实现双方（多方）聊天

客户端的[connect]函数（客）