C语言socket网络编程

Posted 2021-04-25 川师计协

Linux  C语言socket网络编程

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注意：本文是按照 TCP、UDP的工作过程进行总结的

1. TCP套 socket 接口编程：

   基于TCP的 客户/服务器（C/S）模式的工作过程如下：

   mark

服务器进程中的一些函数：

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1. socket()：

    1/*  函数所需头文件及其原型 */
    2#include <sys/socket.h>
    3int socket( int family, int type, int protocol);
    4socketfd = soket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    5/*  socketfd 作为返回值，可以记作描述符。
    6   若 socketfd 非负则表示成功，为负则表示失败。
    7   参数：
    8       family   -> 指明协议族
    9       type     -> 字节流类型
   10       protocol -> 一般置0.
   11   参数 family 的取值范围是：  
   12       AF_LOCAL    UNIX 协议族 
   13       AF_ROUTE    路由套接口  
   14       AF_INET        IPv4 协议  
   15       AF_INET6    IPv6 协议  
   16       AF_KEY         密钥套接口
   17   参数 type 的取值范围：   
   18       SOCK_STREAM   TCP 套接口  
   19       SOCK_DGRAM    UDP 套接口  
   20       SOCK_PACKET   支持数据链路访问  
   21       SOCK_RAM      原始套接口 
   22*/
   

    1struct in_addr  {    
    2   in_addr_t s_addr;       
    3   /*32 位 IP 地址，网络字节序*/  
    4}; 
    5
    6struct sockaddr_in  {    
    7   uint8 sin_len;    
    8   sa_family_t sin_family;    
    9   in_port_t sin_port;              
   10   /*16 位端口号，网络字节序*/    
   11   struct in_addr sin_addr;             
   12   char sin_zero[8];                
   13   /*备用的域，未使用*/  
   14};
   

   PS：需要注意的是，一般在 socket() 之后，我们会填写 sockaddr 的相关内容。

1   /* Fill the local socket address struct */
2       memset (&servaddr,0,sizeof(servaddr));
3       servaddr.sin_family = AF_INET;                      // Protocol Family
4       servaddr.sin_port = htons (PORT);                   // Port number
5       servaddr.sin_addr.s_addr  = htonl (INADDR_ANY);     // AutoFill local address

2. bind()：

    1   // 函数原型：
    2   #include <sys/socket.h>  
    3   int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr,socklen_t addrlen);
    4   /*
    5       参数 sockfd ：套接字描述符。 
    6       参数 my_addr：指向 sockaddr 结构体的指针（该结构体中保存有端口和 IP 地址 信息）。 
    7       参数 addlen：结构体 sockaddr 的长度。    
    8       返回：0──成功， -1──失败 
    9   */
   10   ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr)); 
   11
   12   /*  功能：当调用 socket 函数创建套接字后，该套接字并没有与 本机地址和端口等 信息相连，
   13       bind 函数将完成这些工作。
   14   */
   

3. listen()：

    1   //  函数原型：
    2   #include <sys/socket.h>  
    3   #include<sys/types.h>
    4   //  #define BACKLOG 10
    5   int listen(int sockfd,int backlog);
    6
    7   /*
    8       参数 sockfd ：套接字描述符。
    9       参数 backlog ：规定内核为此套接口排队的最大选择个数。 
   10   */
   11   ret = listen(sockfd,BACKLOG);
   12
   13   // 通常采用一下的异常处理：
   14   if(listen(listenfd,BACKLOG) == -1){  
   15       printf("ERROR: Failed to listen Port %d.\n", PORT);
   16       return (0);
   17   }
   18   else{
   19       printf("OK: Listening the Port %d sucessfully.\n", PORT);
   20   }
   

   处在监听模式下后，程序就需要一个循环来实现挂起等待客户机请求。所以接下来的一步就是 接受客户机的请求。

4. accept()：

   先来了解一下 accept() 这个函数：

    1//     函数原型：
    2#include <sys/socket.h>  
    3#include<sys/types.h> 
    4int accept(int sockfd,struct sockaddr *cliaddr,socklen_t *addrlen);
    5
    6/*
    7   sockfd  参数：监听的  套接字描述符。 
    8   cliaddr 参数：指向结构体 sockaddr 的指针。  
    9   addrlen 参数：cliaddr 参数指向的内存空间的长度。 
   10*/
   11
   12sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);  
   13connect_fd = accept(sockfd,( struct sockaddr *)&their_addr,&sin_size); 
   

   accept() 函数用于面向连接类型的套接字类型。
   accept() 函数将从连接请求队列中获得连接信息，创建新的套 接字，并返回该套接字的文件描述符。
   新创建的套接字用于服务器与客户机的通信，而原来的套接字仍然处于监听状态。
   它们的区别在于：监听套接口描述字 只有一个，而且一直存在，
   每一个连接都有一个已连接套接口描述字，当连接断开 时就关闭该描述字。

   注意：bind 函数和 accept 函数的第三个参数是不一样的。

5. close()：

   1//    函数原型：
   2#include <unistd.h>  
   3int close(int sockfd); 
   4//     成功则返回 0，否则返回-1。 
   5//     功能：关闭套接口 其中参数 sockfd 是关闭的套接口描述字。 
   6//    当对一个套接口调用 close（）时， 关闭该套接口描述字，并停止连接。
   7
   8   以后这个套接口不能再使用，也不能再执行 任何读写操作，但关闭时已经排队准备发送的数据仍会被发出 使用完一个套接口后，一定要记得将它关掉，任何一个文件读写操作完毕之后， 都要关闭它的描述字。 
   

客户机进程中的一些函数：

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1. socket()：

   这个函数前面提过，这里不必多说。

   创建套接字后，同理，也需要对套接口进行设置： （这是在客户端填充的服务器 端的资料）……

   1bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置 0 
   2server_addr.sin_family=AF_INET;          // IPV4 
   3server_addr.sin_port=htons(portnumber);  
   4// (将本机器上的 short 数据转化为网络上的 short 数据)端口号，与服务器端 的端口号相同 
   5server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr_list);  // IP 地址
   

2. connect()：

    1   connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(structsockaddr)); 
    2   函数原型：
    3   #include <sys/types.h>  
    4   #include <sys/socket.h>  
    5   int connect(int sockfd,const struct sockaddr *serv_addr,int addrlen); 
    6
    7   /*
    8       返回值：成功：返回 0 错误：返回-1，并将全局变量 errno 设置为相应的错误号。 
    9       参数 sockfd ：数据发送的套接字，解决从哪里发送的问题，ockfd 是先前 socket 返回的值 
   10       参数 serv_addr：据发送的目的地，也就是服务器端的地址 
   11       参数 addrlen：指定 server_addr 结构体的长度 
   12   */
   13
   14   函数功能：
   15   创建了一个套接口之后，使客户端和服务器连接。其实就是完成一个 有连接协议 的连接过程，
   16   对于 TCP 来说就是那个三段握手过程。
   

   关于三段握手：（ 《计算机网络》谢希仁编著 第七版中 将其定名为：" 三报文握手 "）：

   客户端先用 connect() 向服务器发出一个要求连接的信号 SYN1;

   服务器 进程接收到这个信号后，发回应答信号 ack1，同时这也是一个要求回答的信号 SYN2;

   客户端收到信号 ack1 和 SYN2 后，再次应答 ack2; 服务器收到应答信号 ack2,一次连接才算建立完成。

   从上面过程可以看出，服务器会收到两次信 号 SYN1 和 ack2，因此服务器进程需要两个队列保存不同状态的连接。刚接收 到 SYN1 信号时，连接还未完成，这时的连接放在一个名为“未完成连接”的队列中。接收到 ack2 信号后，三段握手完成，这时的连接放在名为“已完成连接” 的队列中，等待 accept() 调用。

关于 recv() 、send() 和 recvfrom() 、sendto() ：

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1. 先说前两个：

   recv() 和 send() 都是基于 TCP 协议。

   不论是客户还是服务器应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。

   客户程序一般用send函数向服务器发送请求，而服务器则通常用send函数来向客户程序发送应答。

   同样，不论是客户还是服务器应用程序都用recv函数从TCP连接的另一端接收数据。

   1//     函数原型：
   2int send( SOCKET s, const char *buf, int len, int flags );
   3int recv( SOCKET s, char *buf, int len, int flags );
   

   （1）recv 先等待 s 的发送缓冲中的数据被协议传送完毕，如果协议在传送 s 的发送缓冲中的数据时出现网络错误，那么recv函数返回 SOCKET_ERROR ；

   （2）如果 s 的发送缓冲中没有数据或者数据被协议成功发送完毕后，recv 先检查套接字 s 的接收缓冲区，如果 s 接收缓冲区中没有数据或者协议正在接收数据，那么 recv 就一直等待，直到协议把数据接收完毕。

   当协议把数据接收完毕，recv 函数就把 s 的接收缓冲中的数据 copy 到 buf 中（注意协议接收到的数据可能大于 buf 的长度，所以在这种情况下要调用几次 recv 函数才能把s的接收缓冲中的数据 copy 完。recv 函数仅仅是 copy 数据，真正的接收数据是协议来完成的）；

   其中，recv 函数返回其实际 copy 的字节数。如果 recv 在 copy 时出错，那么它返回 SOCKET_ERROR；如果recv函数在等待协议接收数据时网络中断了，那么它返回 0。

2. 然后是后两个：

   recvfrom() 和 sendto() 都是基于 UDP 协议。

   不同于 TCP 协议，UDP 提供的是一种无连接的、不可靠的数据包协议。它不对数据进行确认、出错重传、排序等可靠性处理，但是它却具有代码小、速度快和系统开销小等优点。对于某些应用程序，使用 UDP 来实现，将带来更大效率。

   与基于 TCP 协议的客户机/服务器模式的工作流程图相比较，它们的主要区别 在于：

   使用 TCP 套接口必须先建立连接（例如客户进程的 connect() ，服务器进程 的 **listen() **和 accept() ） 。

   而 UDP 套接口不需预先连接，它在调用 socket()生成一个套接口后，

   -> 在服务器端调用 bind() 绑定众所周知的端口后， 服务器阻塞于 recvfrom() 调用，

   -> 客户端调用 sendto() 发送数据请求，阻塞于 recvfrom() 调用，

   -> 服务器端调用 recvfrom() 接收数据，服务器端也调用 sendto() 向客户发送数据作为应答，然后阻塞于 recvfrom() 调用，

   -> 客户端 调用 recvfrom() 接收数据……

   当数据传输完成以后，UDP 套接口中的客户端调用 close() 断开连接，而 TCP 套接口中的客户端不必再发出“断开连接信号”来通知服务器端关闭连接。

   一些重要的应用程序，如域名服务系统 DNS、网络文件 系统 NFS 都使用 UDP 套接口。

    1//     函数原型：
    2#include <sys/socket.h>   
    3int recvfrom(int sockfd, void *buff, int len,int flags, struct sockaddr *fromaddr, int *addrlen);
    4/*
    5   参数 sockfd 为套接口描述字；  
    6   参数 buff 为指向读缓冲的指针；  
    7   参数 len 为读的字节数；  
    8   参数 flags 一般设置为 0；  
    9   参数 fromaddr 为指向数据接收的套接口地址结构的指针；  
   10   参数 addrlen 为套接口结构长度。
   11
   12   函数返回实际读的字节数，可以为 0，如果出错，则返回-1。
   13*/
   14
   15
   16int sendto(int sockfd, void *mes,int len, int flags, struct sockaddr *toaddr, int *addrlen); 
   17/*
   18   参数 mes 为指向写缓冲的指针；  
   19   参数 toaddr 为指向数据发送的套接口地址结构的指针； 
   20
   21   函数返回实际写的字节数，可以为 0，如果出错，则返回-1。 
   22*/
   

拓展补充 … 推荐博客地址：

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socket 网络编程 - **CSDN **博主：奔跑中的小兔子

< https://blog.csdn.net/m0_37947204/article/details/80489431 >