Linux网络编程简单示例

Posted 2020-08-17 专注it

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，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。

 

socket 类型

    常见的socket有3种类型如下。 
    （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。

 

进行Socket编程，常用的函数有：

1.socket：创建一个socket

  int socket(int family, int type, int protocol);

//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.bind：用于绑定IP地址和端口号到socket

int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen);

//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.connect：该函数用于绑定之后的client端，与服务器建立连接

int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

//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.listen：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

 int listen(int sockfd， int backlog); 

// 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.accept：用来接受socket连接

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

//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.send：发送数据         

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); 

//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.recv：接受数据        

int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags); 

//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.sendto:发送数据,用于面向非连接的socket（SOCK_DGRAM/SOCK_RAW）

int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to,int tolen); 

//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.recvform: 接受数据,用于面向非连接的socket（SOCK_DGRAM/SOCK_RAW）

int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen); 

//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   

 

几个字节顺序转换函数： 

    htons()   --"Host to Network Short" ; htonl()--"Host to Network Long" 
    ntohs()   --"Network to Host Short" ; ntohl()--"Network to Host Long" 
    在这里， h表示"host" ，n表示"network"，s 表示"short"，l表示 "long"。

地址转换函数：

    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

    char * inet_ntoa(struct in_addr * addrptr);
    将IPv4地址结构in_addr值转换为字符串IP

    域名和IP地址的转换： 
    struct hostent *gethostbyname(const char *name); 
    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*/

 

下面给出两个示例，一个是面向TCP数据流的socket通信，一个是面向UDP数据报的socket通信

1.面向TCP数据流的socket通信的演示程序由基于TCP的服务器和基于TCP的客户端程序组成。

    TCP的服务器程序结构：

    1.创建一个socket,用函数socket()

    2.绑定IP地址、端口信息到socket上，用函数bind()

    3.设置允许的最大连接数，用函数listen（）

    4.接受客户端的连接，用函数accept()

    5.收发数据，用send()、recv()或者read()、write()

    6.关闭网络连接

    TCP的客户端程序结构：

    1.创建一个socket,用函数socket()

    2.设置要连接的服务器的IP地址和端口属性

    3.连接服务器，用函数connet()

    4.收发数据，用send()、recv()或者read()、write()

    5.关闭网络连接

TCP服务器和TCP客户端的通信图如下：

下面贴出TCP服务器的代码tcp_server.c:

tcp_server.c

1. #include <stdlib.h> 
2. #include <stdio.h> 
3. #include <errno.h> 
4. #include <string.h> 
5. #include <netdb.h> 
6. #include <sys/types.h> 
7. #include <netinet/in.h> 
8. #include <sys/socket.h> 
9. #include <arpa/inet.h> //inet_ntoa()函数的头文件
11. #define portnumber 3333 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用）
13. int main(int argc, char *argv[]) 
14. { 
15.     int sockfd,new_fd; 
16.     struct sockaddr_in server_addr; //描述服务器地址
17.     struct sockaddr_in client_addr; //描述客户端地址
18.     int sin_size; 
19.     char hello[]="Hello! Are You Fine?\n"; 
20.     
22.     /* 服务器端开始建立sockfd描述符 */ 
23.     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:IPV4;SOCK_STREAM:TCP
24.     { 
25.         fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno)); 
26.         exit(1); 
27.     } 
29.     /* 服务器端填充 sockaddr结构 */ 
30.     bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
31.     server_addr.sin_family=AF_INET; // Internet
32.     server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据，即绑定到所有的IP
33.     //server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
34.     server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
35.     
36.     /* 捆绑sockfd描述符到IP地址 */ 
37.     if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1) 
38.     { 
39.         fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno)); 
40.         exit(1); 
41.     } 
43.     /* 设置允许连接的最大客户端数 */ 
44.     if(listen(sockfd,5)==-1) 
45.     { 
46.         fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno)); 
47.         exit(1); 
48.     } 
50.     while(1) 
51.     { 
52.         /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */ 
53.         sin_size=sizeof(struct sockaddr_in); 
54.         if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))==-1) 
55.         { 
56.             fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno)); 
57.             exit(1); 
58.         } 
59.         fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); // 将网络地址转换成.字符串，并打印到输出终端
60.         
61.         //向客户端程序写入hello数组里的字符
62.         if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1) 
63.         { 
64.             fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno)); 
65.             exit(1); 
66.         } 
67.         /* 这个通讯已经结束 */ 
68.         close(new_fd); 
69.         /* 循环下一个 */ 
70.     } 
72.     /* 结束通讯 */ 
73.     close(sockfd); 
74.     exit(0); 
75. }

TCP客户端的代码tcp_client.c

tcp_client.c

1. #include <stdlib.h> 
2. #include <stdio.h> 
3. #include <errno.h> 
4. #include <string.h> 
5. #include <netdb.h> 
6. #include <sys/types.h> 
7. #include <netinet/in.h> 
8. #include <sys/socket.h> 
9. #include <arpa/inet.h> //inet_ntoa()函数的头文件
12. #define portnumber 3333 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用）
14. int main(int argc, char *argv[]) 
15. { 
16.     int sockfd; 
17.     char buffer[1024]; 
18.     struct sockaddr_in server_addr; //描述服务器的地址
19.     struct hostent *host; 
20.     int nbytes; 
22.     /* 使用hostname查询host 名字 */
23.     if(argc!=2) 
24.     { 
25.         fprintf(stderr,"Usage:%s hostname \a\n",argv[0]); 
26.         exit(1); 
27.     } 
29.     if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL) 
30.     { 
31.         fprintf(stderr,"Gethostname error\n"); 
32.         exit(1); 
33.     } 
35.     /* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */ 
36.     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:Internet;SOCK_STREAM:TCP
37.     { 
38.         fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno)); 
39.         exit(1); 
40.     } 
42.     /* 客户程序填充服务端的资料 */ 
43.     bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置0
44.     server_addr.sin_family=AF_INET; // IPV4
45.     server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
46.     server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr); // IP地址
47.     
48.     /* 客户程序发起连接请求 */ 
49.     if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1) 
50.     { 
51.         fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno)); 
52.         exit(1); 
53.     } 
55.     /* 连接成功了 */ 
56.     if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1) 
57.     { 
58.         fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno)); 
59.         exit(1); 
60.     } 
61.     buffer[nbytes]=‘\0‘; 
62.     printf("I have received:%s\n",buffer); 
64.     /* 结束通讯 */ 
65.     close(sockfd); 
66.     exit(0); 
67. }

编译tcp_server.c和tcp_client.c

gcc tcp_server.c -o tcp_server

gcc tcp_client.c -o tcp_client

运行tcp服务器段程序和客户端程序，显示过程截图如下:

2.面向UDP数据报的socket通信的演示程序由基于UCP的服务器和基于UDP的客户端程序组成。

    UDP的服务器程序结构：

    1.创建一个socket,用函数socket()

    2.绑定IP地址、端口信息到socket上，用函数bind()

    3.循环接受数据，用函数recvform()

    4.关闭网络连接

   UDP的客户端程序结构：

    1.创建一个socket,用函数socket()

    2.设置要连接的服务器的IP地址和端口属性

    3.发送数据，用函数sento()

    4.关闭网络连接

UDP服务器和UDP客户端的通信图如下：

下面贴出UDP服务器的代码udp_server.c:

udp_serer.c

1. #include <stdlib.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <string.h>
5. #include <unistd.h>
6. #include <netdb.h>
7. #include <sys/socket.h>
8. #include <netinet/in.h>
9. #include <sys/types.h>
10. #include <arpa/inet.h>
12. #define SERVER_PORT 8888 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用）
13. #define MAX_MSG_SIZE 1024 
15. void udps_respon(int sockfd) 
16. { 
17.     struct sockaddr_in addr; 
18.     int addrlen,n; 
19.     char msg[MAX_MSG_SIZE]; 
21.     while(1) 
22.     {    /* 从网络上读,并写到网络上 */ 
23.         bzero(msg,sizeof(msg)); // 初始化,清零
24.         addrlen = sizeof(struct sockaddr); 
25.         n=recvfrom(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,0,(struct sockaddr*)&addr,&addrlen); // 从客户端接收消息
26.         msg[n]=0; 
27.         /* 显示服务端已经收到了信息 */ 
28.         fprintf(stdout,"Server have received %s",msg); // 显示消息
29.     } 
30. } 
32. int main(void) 
33. { 
34.     int sockfd; //socket描述符
35.     struct sockaddr_in addr; //定义服务器起地址
37.     /* 服务器端开始建立socket描述符 */ 
38.     sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 
39.     if(sockfd<0) 
40.     { 
41.         fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno)); 
42.         exit(1); 
43.     } 
45.     /* 服务器端填充 sockaddr结构 */ 
46.     bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
47.     addr.sin_family=AF_INET; // Internet
48.     addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据，即绑定到所有的IP
49.     //addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
50.     addr.sin_port=htons(SERVER_PORT); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
52.     /* 捆绑sockfd描述符 */ 
53.     if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))<0) 
54.     { 
55.         fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno)); 
56.         exit(1); 
57.     } 
59.     udps_respon(sockfd); // 进行读写操作
60.     close(sockfd); 
61. }

UDP客户端的代码udp_client.c:

udp_client.c

1. #include <stdlib.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <string.h>
5. #include <unistd.h>
6. #include <netdb.h>
7. #include <sys/socket.h>
8. #include <netinet/in.h>
9. #include <sys/types.h>
10. #include <arpa/inet.h>
12. #define SERVER_PORT 8888 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用）
13. #define MAX_BUF_SIZE 1024 
15. void udpc_requ(int sockfd,const struct sockaddr_in *addr,int len) 
16. { 
17.     char buffer[MAX_BUF_SIZE]; 
18.     int n; 
19.     while(1) 
20.     {     /* 从键盘读入,写到服务端 */ 
21.         printf("Please input char:\n");
22.         fgets(buffer,MAX_BUF_SIZE,stdin); 
23.         sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,(struct sockaddr*)addr,len); 
24.         bzero(buffer,MAX_BUF_SIZE); 
25.     } 
26. } 
28. int main(int argc,char **argv) 
29. { 
30.     int sockfd; //socket描述符
31.     struct sockaddr_in addr; //定义服务器起地址
33.     if(argc!=2) 
34.     { 
35.         fprintf(stderr,"Usage:%s server_ip\n",argv[0]); 
36.         exit(1); 
37.     }
39.     /* 建立 sockfd描述符 */ 
40.     sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 
41.     if(sockfd<0) 
42.     { 
43.         fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno)); 
44.         exit(1); 
45.     } 
47.     /* 填充服务端的资料 */ 
48.     bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
49.     addr.sin_family=AF_INET; // Internet
50.     addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);// (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
51.     if(inet_aton(argv[1],&addr.sin_addr)<0) /*inet_aton函数用于把字符串型的IP地址转化成网络2进制数字*/ 
52.     { 
53.         fprintf(stderr,"Ip error:%s\n",strerror(errno)); 
54.         exit(1); 
55.     } 
57.     udpc_requ(sockfd,&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 进行读写操作
58.     close(sockfd); 
59. }

编译udp_server.c和udp_client.c

gcc udp_server.c -o udp_server

gcc udp_client.c -o udp_client

运行udp服务器段程序和客户端程序，显示过程截图如下: