Linux网络编程和套接字

Posted 2020-07-13 爱橙子的OK绷

1、套接字概述

套接字的本意是插座，在网络中用来描述计算机中不同程序与其他计算机程序的通信方式。
常用的套接字类型有3种：
1）流套接字（SOCK——STREAM）：使用了面向连接的可靠的数据通信方式，即TCP套接字；
2）数据报套接字（Raw Sockets）：使用了不面向连接的数据传输方式，即UDP套接字；
3）原始套接字（SOCK——RAW）：没有经过处理的IP数据包，可以根据自己程序的要求进行封装。

2、常用函数

1、创建套接字函数：成功时返回文件描述符，失败时返回-1

int socket(int domain,int type,int protocol);
//参数domain用于指定创建套接字所使用的协议族（可取AF_UNIX,AF_INET,AF_INTE6）
//参数type指定套接字的类型（可取SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM,SOCK_RAW）
//参数protocol通常设置为0

2、在指定套接字上创建链接函数：成功时返回0，失败时返回-1

int connect(int sockfd,const struct sockaddr *serv_addr,socklen_t addrlen);
//参数sockfd是一个由函数socket创建的套接字
//参数serv_addr是一个地址结构，指定服务器的IP地址和端口号
//参数addrlen为参数serv_addr的长度

3、将一个套接字和某个端口绑定在一起的函数：成功时返回0，失败时返回-1

int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr,socklen_t addrlen);
//一般只有服务器端的程序调用，参数my_addr指定了sockfd将绑定到的本地
//地址，可以将参数my_addr的sin_addr设置为INADDR_ANY而不是某个确定
//IP地址就可以绑定到任何网络接口。

4、把套接字转化为被动监听函数：成功时返回0，失败时返回-1

int listen(int s,int backlog);
//参数s为套接字，参数backlog指定链接请求队列的最大长度；

5、接收连接请求函数：成功时返回文件描述符，失败时返回-1

int accept(int s,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);
//参数s是由函数socket创建，经函数bind绑定到本地某一端口上，然后通过
//函数listen转化而来的监听套接字
//参数addr用来保存发起连接请求的主机的地址和端口
//参数addrlen是addr所指向的结构体的大小

6、在TCP套接字上发送数据函数：有连接

包含3要素：套接字s，待发数据msg，数据长度len

ssize_t send(int s,const void *msg,size_t len,int flags);
//函数只能对处于连接状态的套接字使用，参数s为已建立好连接的套接字描述
//符，即accept函数的返回值
//参数msg指向存放待发送数据的缓冲区
//参数len为待发送数据的长度，参数flags为控制选项，一般设置为0

7、在TCP套接字上接收数据函数：有连接

包含3要素：套接字s，接收缓冲区buf，长度len

ssize_t recv(int s,void *buf,size_t len,int flags);
//函数recv从参数s所指定的套接字描述符（必须是面向连接的套接字）上接收
//数据并保存到参数buf所指定的缓冲区
//参数len则为缓冲区长度，参数flags为控制选项，一般设置为0

8、在UCP套接字上发送数据函数：无连接

ssize_t sendto(int s,const void *msg,size_t len,int flags,const struct sockaddr *to,socklen_t tolen);
//函数功能与函数send类似，但函数sendto不需要套接字处于连接状态，所以
//该函数通常用来发送UDP数据，同时因为是无连接的套接字，在使用sendto时
//需要指定数据的目的地址，参数msg指向待发送数据的缓冲区。
//参数len指定了待发送数据的长度
//参数flags是控制选项，含义与send函数中的一致
//参数to用于指定目的地址，目的地址的长度由tolen指定

9、在UDP套接字上接收数据函数：无连接

ssize_t recvfrom(int s ,void *buf,size_t len,int flags,struct sockaddr *from,socklen_t *fromlen);
//与函数recv功能类似，只是函数recv只能用于面向连接的套接字，而函数
//recvfrom没有此限制，可以用于从无连接的套接字上接收数据
//参数buf指向接收缓冲区
//参数len指定了缓冲区的大小
//参数flags是控制选项，含义与recv中的一致
//如果参数from非空，且该套接字不是面向连接的，则函数recvfrom返回时，
//参数from中将保存数据的源地址
//参数fromlen在调用recvfrom前为参数from的长度，调用recvfrom后将
//保存from的实际大小

10、关闭套接字函数：

int close(int fd);
//参数fd为一个套接字描述符；

11、多路复用函数：

int select(int n,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout);
//参数n是需要监视的文件描述符数
//参数readfds指定需要监视的可读文件描述符集合
//参数writefds指定需要监视的可写文件描述符集合
//参数exceptfds指定需要监视的异常文件描述符的集合
//参数timeout指定了阻塞的时间

3、服务器端套接字（接收连接请求的套接字）创建过程

第一步：调用socket函数创建套接字。
第二步：调用bind函数分配IP地址和端口号。
第三部：调用listen函数转为可接收请求状态。
第四步：调用accept函数受理连接请求。

另外还有read/write，以及close。

4、客户端套接字（发送连接请求的套接字）创建过程

只有两步：
1、调用socket函数创建套接字。
2、调用connect函数向服务器端发送连接请求。

另外还有read/write，以及close。

5、Linux的文件操作

文件描述符：是系统自动分配给文件或套接字的整数。

每当生成文件或套接字，操作系统就会自动返回给我们一个整数。这个整数就是文件描述符，即创建的文件或套接字的别名，方便称呼而已。文件描述符在Windows中又称为句柄。

1、打开文件：

2、关闭文件或套接字：

3、将数据写入文件：

4、读取文件中的数据：

注：ssize_t = signed int, size_t = unsigned int，都是通过typedef声明，为基本数据类型取的别名。既然已经有了基本数据类型，那么为什么还需要为它取别名呢？是因为目前普遍认为int是32位的，而过去16位操作系统时代，int是16位的。根据系统的不同，时代的变化，基本数据类型的表现形式也随着变化的。如果为基本数据类型取了别名，以后要修改，也就只需要修改typedef声明即可，这将大大减少代码变动。

6、服务器端实例

服务器端受理连接请求的程序。编译并运行该程序，创建等待连接请求的服务器端。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
void error_handling(char *message);

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

    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size;

    char message[] = "Hello World!";

    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage：%s <port>\\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    //(1)调用socket函数创建套接字
    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock == -1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    //(2)调用bind函数分配IP地址和端口号
    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
        error_handling("bind() error");
    //(3)调用listen函数转为可接收请求状态
    if(listen(serv_sock, 5) == -1)
        error_handling("listen() error");

    clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    //(4)调用accept函数受理连接请求.没有连接请求时调用不会返回，直到有请求
    clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*) &clnt_addr, &clnt_addr_size);
    if(clnt_sock == -1)
        error_handling("accept() error");
    //(5)write函数用于传输数据。执行到此行说明已有了连接请求
    //向文件描述符为clnt_sock的客户端文件中传输message中的数据
    write(clnt_sock, message, sizeof(message));
    close(clnt_sock);//(6)
    close(serv_sock);//(7)

    return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\\n', stderr);
    exit(1);
}

7、客户端实例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
void error_handling(char *message);

int main(int argc, const char * argv[])
{
    int sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char message[30];
    int str_len;

    if(argc != 3)
    {
        printf("Usage: %s <IP> <port>\\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    //(1)创建套接字.但此时并不马上分为客户端或服务器端
    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sock == -1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    //(2)调用connect函数向服务器端发送连接请求.此时确定为客户端
    if(connect(sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
        error_handling("connect() error");
    //(3)调用read函数向自身声明的message数组中保存数据
    str_len = read(sock, message, sizeof(message) - 1);
    if(str_len == -1)
        error_handling("read() error");

    printf("Message from server: %s \\n", message);
    close(sock);//(4)

    return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\\n', stderr);
    exit(1);
}

7、基本客户/服务器套接字图形展示

参考：《TCP/IP网络编程》及《Unix网络编程卷1》