linux 网络编程——基础知识

Posted 2022-06-21 yangxinrui

1. 基本知识

（1）socket

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

　domain:确定通信特征，如地址格式

AF(address family) 地址族
AF_INET            IPv4因特网域
AF_INET6          IPv6因特网域
AF_UNIX           UNIX域
AF_UNSPEC       未指定

　type:限定套接字类型，主要设置运输层特征

SOCK_STREAM                 有序，可靠，双向面向字节流
SOCK_SEQPACKET            长度固定，有序，面向连接，报文传输
SOCK_DGRAM                   长度固定，无连接，不可靠报文   
SOCK_RAM                       IP协议层的数据包接口，即不使用预定义运输层
    

　protocol:通常为0，表示按照给定的域和套接字类型选择默认协议。

 

socket返回fd，使其能使用部分文件IO的api

close
dup dup2
poll
select
write
read

　套接字是双向的，可以禁止其输入/输出

int shutdown(int sockfd, int how)
how:
    SHUT_RD
    SHUT_WR
    SHUT_RDWR

　

（2）字节序

　　网络传输途径的设备不同，字节序不同，为了让所有设备都能理解数据包的包头信息，需要统一成大端字节序，

　　被统一的内容是路由设备会读取的内容，即 目标地址，源地址，目标端口号，源端口号。

uint32_t htonl(uint32);
uint16_t htons(uint16);
uint32_t ntohl(uint32);
uint16_t ntohs(uint16);

const char * inet_ntop(int domain, const void *addr, char *str, soklen_t size);
int inet_pton(int domain, const char *str, void *addr);

　　

（3）地址格式

　　不同通信域，地址格式定义不同，为了统一使用 socket api，统一为 struct sockaddr 为接口类型。

　　IPv4域，地址格式为 struct sockaddr_in

 

2.因特网下的客户端，服务器

（1）绑定地址

int bind(int sock, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);

　调用 bind，让socket与具体网卡绑定，如果IP设置为INADDR_ANY，则socket可以接受所有网卡的数据包。

　对于客户端，绑定特定网卡是没有意义的，如果不绑定，在调用connect或listen时，会自动随机绑定网卡。

　使用 getsockname 获得 socket 绑定的地址。

int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *len);

　使用 getpeername 获得建立连接的对方的地址

int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *len);

（2）建立连接

　如果是面向连接的套接字（SOCK_STREAM、SOCK_SEQPACKET），可以调用 connect 建立连接

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

　连接可能失败，需要视情况处理。

 

　connect 也可用于无连接套接字，效果：

　　　　发送报文的目的地址设置为connect的地址，这样之后发送数据时，不需要再指定地址。

　　　　只能接受目的地址的数据。

 

　面向连接的套接字，使用listen来宣告可以接受连接

int listen(int sockfd, int backlog);

　套接字listen返回后，就开始接受连接，连接请求会保存到监听队列，

　并使用 accept 接受队列中的连接请求。

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

　accept涉及三个套接字，服务器原始套接字sockfd, 服务器处理客户端连接的套接字 accept的返回值，客户端的套接字。

　原始套接字必须和客户端的套接字domain和 type相同，才能建立连接。

　addr ：用于接受客户端套接字信息，如果不关心，可以为NULL

　len ：addr大小的传输传出参数　

 

　如果监听队列为空时，调用accept，会阻塞，如果使用非阻塞模式，会立即返回-1，errno被设置为 EAGAIN或EWOULDBLOCK.

　可以使用 select poll 来处理阻塞的accpet。

 

3.数据发送/接受

　套接字使用fd，所以可以使用read,write进行数据接受，发送。

　如果想进行更多功能，可以使用 send，recv

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flags);

 　使用send时，sockfd必须已经确定目标地址，即使用connect。

　flags用于设置数据发送时的功能

MSG_DONTROUTE        勿将数据路由出本地网络
MSG_DONTWAIT          非阻塞
MSG_OOB                    带外数据

　如果send成功返回，并不代表对方已经接受到数据，只是说明数据成功发送到网络。

　与 send 类似的 sendto

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flags, const struct sockaddr *desaddr, socklen_t deslen);

　sendto 允许在发送时指定目标地址

　另一个发送api : sendmsg，允许指定多重缓冲区发送数据，与writev很相像。

 

　recv和read相像，但可以指定flags

sszie_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes, int flags);

MSG_OOB        接受带外数据
MSG_PEEK       查看报文内容，但不取走报文
MSG_TRUNC    即使报文被截断，要求返回报文的实际长度
MSG_WAITALL 等待直到所有数据可用（仅SOCK_STREAM）

　MSG_WAITALL：对于 SOCK_STREAM，接受的数据可能比请求的少，使用 MSG_WAITALL保证完整的接受数据。MSG_WAITALL对于 SOCK_DGRAM 和 SOCK_SEQPACKET 没任何作用，因为基于报文套接字一次读就返回整个报文。

　当发送者调用shutdown结束传输，或发送端按照协议默认关闭，那么当数据接受完后，recv返回0。

　如果要定位发送者，可以调用 recvfrom

　recvfrom 通常用于无连接套接字， 否则 recvfrom 同 recv

　recvmsg将接受数据放入多个缓冲区（类似readv）

 

4.套接字选项

　套接字行为通过两个接口控制，一个设置选项，一个查看选项

int setsockopt(int sockfd, int level, int option, const void *val, socklen_t len);

int getsockopt(int sockfd, int level, int option, const void *val, socklen_t *len);

　TCP不允许一段时间内绑定同一地址，使用端口复用可以解决

int reuse = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(int));

 

5.带外数据

　一些通信协议可选特征，允许更高优先级的数据先传输，即使普通数据已经在发送缓冲区。

　TCP支持该特征，支持一个字节的带外数据传输。UDP不支持。