Linux下的socket网络编程

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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：

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#include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <netdb.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> //inet_ntoa()函数的头文件 #define portnumber 3333 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用） int main(int argc, char *argv[]) {      int sockfd,new_fd;      struct sockaddr_in server_addr; //描述服务器地址      struct sockaddr_in client_addr; //描述客户端地址      int sin_size;      char hello[]="Hello! Are You Fine?\n";     /* 服务器端开始建立sockfd描述符 */     if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:IPV4;SOCK_STREAM:TCP {         fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));         exit(1);      }     /* 服务器端填充 sockaddr结构 */      bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0      server_addr.sin_family=AF_INET; // Internet      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      //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      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      /* 捆绑sockfd描述符到IP地址 */      if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)      {         fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));         exit(1);      }          /* 设置允许连接的最大客户端数 */      if(listen(sockfd,5)==-1)     {          fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));          exit(1);      }     while(1)     {         /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */   sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);         if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))==-1)         {             fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));             exit(1);          }         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          //向客户端程序写入hello数组里的字符          if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1)         {             fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno));             exit(1);         }          /* 这个通讯已经结束 */          close(new_fd);          /* 循环下一个 */     }      /* 结束通讯 */     close(sockfd);     exit(0); }

TCP客户端的代码TCPclient.c

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#include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <netdb.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #define portnumber 3333 int main(int argc, char *argv[]) { int sockfd; char buffer[1024]; struct sockaddr_in server_addr; struct hostent *host; int nbytes;         /* 使用hostname查询host 名字 */ if(argc!=2) {   fprintf(stderr,"Usage:%s hostname \a\n",argv[0]);   exit(1); } if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL) {   fprintf(stderr,"Gethostname error\n");   exit(1); } /* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */ if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:Internet;SOCK_STREAM:TCP {   fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));   exit(1); } /* 客户程序填充服务端的资料 */ bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置0 server_addr.sin_family=AF_INET;          // IPV4 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 server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr); // IP地址    /* 客户程序发起连接请求 */ if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1) {   fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno));   exit(1); } /* 连接成功了 */ if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1) {   fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno));   exit(1); } buffer[nbytes]='\0'; printf("I have received:%s\n",buffer); /* 结束通讯 */ close(sockfd); exit(0); }

编译TCPserver.c和TCPclient.c

gcc TCPserver.c -o TCPserver

gcc TCPclient.c -o TCPclient

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UDPserver.c:

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#include <string.h> #include <unistd.h> #include <netdb.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/types.h> #include <arpa/inet.h> #define SERVER_PORT 8888 #define MAX_MSG_SIZE 1024 void udps_respon(int sockfd) { struct sockaddr_in addr; int addrlen,n; char msg[MAX_MSG_SIZE]; while(1) { /* 从网络上读,并写到网络上 */   bzero(msg,sizeof(msg)); // 初始化,清零   addrlen = sizeof(struct sockaddr);   n=recvfrom(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,0,(struct sockaddr*)&addr,&addrlen); // 从客户端接收消息   msg[n]=0;   /* 显示服务端已经收到了信息 */   fprintf(stdout,"Server have received %s",msg); // 显示消息 } } int main(void) { int sockfd; struct sockaddr_in addr; /* 服务器端开始建立socket描述符 */ sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(sockfd<0) {   fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno));   exit(1); } /* 服务器端填充 sockaddr结构 */ bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); addr.sin_family=AF_INET; addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); addr.sin_port=htons(SERVER_PORT); /* 捆绑sockfd描述符 */ if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))<0) {   fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));   exit(1); } udps_respon(sockfd); // 进行读写操作 close(sockfd); }

UDP客户端的代码UDPclient.c:

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#include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <netdb.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/types.h> #include <arpa/inet.h> #define SERVER_PORT 8888 #define MAX_BUF_SIZE 1024 void udpc_requ(int sockfd,const struct sockaddr_in *addr,int len) { char buffer[MAX_BUF_SIZE]; int n; while(1) {  /* 从键盘读入,写到服务端 */   printf("Please input char:\n");   fgets(buffer,MAX_BUF_SIZE,stdin);   sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,(struct sockaddr*)addr,len);   bzero(buffer,MAX_BUF_SIZE); } } int main(int argc,char **argv) { int sockfd; struct sockaddr_in addr; if(argc!=2) {   fprintf(stderr,"Usage:%s server_ip\n",argv[0]);   exit(1); } /* 建立 sockfd描述符 */ sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(sockfd<0) {   fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno));   exit(1); } /* 填充服务端的资料 */ bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); addr.sin_family=AF_INET; addr.sin_port=htons(SERVER_PORT); 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*/ {   fprintf(stderr,"Ip error:%s\n",strerror(errno));   exit(1); } udpc_requ(sockfd,&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 进行读写操作 close(sockfd); }

编译UDPserver.c和UDPclient.c

gcc UDPserver.c -o UDPserver

gcc UDPclient.c -o UDPclient

运行udp服务器段程序和客户端程序，显示过程截图如下: