Linux下socket编程基本知识

Posted 2020-11-26 MrLayflolk

本文档主要讲解了Linux下socket编程的一些基本知识，主要包括套接字和字节序的概念，以及一些常用的结构体和函数。

本文是在网易云课堂学习过程中的记录，这个老师讲得很不错，推荐大家围观。

Linux网络编程 Linux网络编程|人工智能物联网

1.概念

1.1套接字（socket）

Socket（套接字）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，它给应用进程提供了使用如TCP/UDP等网络协议进行网络通讯的手段。

Linux中的网络编程通过socket接口实现，socket既是一种特殊的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，简称五元组（协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口），每一个socket有一个本地的唯一的socket，由操作系统分配。

1.2字节序

字节序分为大端字节序和小端字节序，网络协议使用网络字节序即大端字节序。

内部字节表示顺序和网络字节顺序不一样的机器，要对数据进行转换。

2  字节序转换常用函数

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成网络字节序
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);	将一个32位整数由网络字节序转成主机字节序
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);	将一个16位整数由网络字节序转换成主机字节序

3 数据结构

3.1 通用地址结构（一般不使用，但是内核中是使用的，所以需要强制转换为此种数据结构）

1 #include <sys/socket.h>
2 struct sockaddr{
3     unsigned short sa_family;
4     char sa_data[14];
5 };

sa_data：包含了一些远程电脑的地址、端口和套接字的数目，它里面的数据是杂糅在一起的。

sa_family：一般来说IPv4使用AF_INET。

在传递给需要地址结构的函数时，把指向该结构的指针转换成struct sockaddr *传递进去。

3.2因特网地址结构

 1 struct in_addr{
 2     in_addr_t s_addr //IPv4地址
 3 };
 4 
 5 struct scokaddr_in{
 6     short int sin_family; //Internet地址族如AF_INET（主机字节序）
 7     unsigned short int sin_port; //端口号，16bit（网络字节序）
 8     struct in_addr sin_addr; //Internet地址，32bit IPv4地址（网络字节序）
 9     unsigned char sin_zero[8]; //添0（为了格式对其的填充位）
10 };

通用地址结构和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。

4.基本函数

4.1创建socket

1 #include <sys/socket.h>
2 int socket(int domain, int type, int protocal)

返回：成功返回文件描述符，出错返回-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。

参数：

domain：AF_INET IPv4因特网域、AF_INET6 IPv6因特网域、AF_UNIX unix域、AF_UNSPEC 未指定。

protocol：通常为0，表示按给定的域和套接字类型选择默认协议

type：SOCK_STREAM 流式套接字，可以提供可靠的、面向连接的的通讯流，它使用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，定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，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，允许对低层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议实现的测试等。SOCK_SEQPACKET 长度固定的、有序、可靠的面向连接报文传递。

4.2.IPv4地址族和字符地址间的转换函数

1 #include <arp/inet.h>

功能：将网络字节序转换位点分十进制

1 const char* inet_ntop(int domain, const void *restrict_addr, char *restrict_str, socklen_t size);

功能：将点分十进制转换为网络字节序

1 const char* inet_pton(int domain, const void *restrict str, char *restrict addr);

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

4.3填写IPv4地址族结构案例

 1 struct sockaddr_in sin; //定义一个sockaddr_in结构体
 2 char buf[16];
 3 memset(&sin, 0, sizeof(sin));
 4 sin.sin_family = AF_INET; //填写Internet地址族
 5 sin.sin_port = htons((short)3001); //填写端口号（网络字节序）
 6 //填写sin_addr
 7 if (inet_pton(AF_INET, "192.168.2.1", &sin.sin_addr.s_addr) <=0)
 8 {
 9     //错误处理
10 }
11 printf("%s\\n", inet_ntop(AF_INET, &sin.sin_addr.s_addr, buf, sizeof(buf)));