Linux网络编程——Socket编程步骤及常用API

Sockt服务器和客户端的开发步骤

TCP

connect()最好建立在listen()后，一旦监听到就建立连接。

UDP

常用API

包含头文件

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>

创建套接字（连接协议）

作用

用于根据指定的地址族、数据类型和协议来分配一个套接口的描述字及其所用的资源的函数。

函数原型
int socket(int domain,int type, int protocol);
参数解读

domain：指明所使用的协议族/域。
常用的domain类型有：

  • AF_INET IPv4——因特网域
  • AF_INET6 IPv6——因特网域
  • AF UNIX Unix——域
  • AF ROUTE——路由套接字
  • AFKEYE——钥套接字
  • AF UNSPEC——未拖定

type：指定socket类型。
常用的socket类型有：
SOCK_STREAM
TCP：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。
SOCK_DGRAM
UDP：数据报套接字定义了一种无连按的服，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。
SOCK_RAW
允许程序使用低层协议，原始科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。

protocol：通常赋值 0
0表示选择type类型对应得默认协议。

  • IPPROTO_TCP——TCP传输协议
  • IPPTOTO_UDP——UDP传输协议
  • IPPROTO_SCTP——STCP传输协议
  • IPPROTO_TIPC——TIPC传输协议
返回值

成功时返回新的套接字描述符，失败返回 -1。

地址准备（为套接字添加端口号和IP地址）

作用

套接字绑定到一个地址，并制定一个端口号。 将套接字绑定一个IP地址和端口号，因为这两个元素可以在网络环境中唯一地址表示一个进程。

函数原型
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,int addrlen);
参数解读
sockfd是一个socket描述符。
*addr

是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针，指向要绑定给sockfd的协议地址结构这个地址结构根据地址创建，socket时的地址协议族的不同而不同。

addrlen第二个参数中结构体的长度。

ipv4对应的结构体：

第一种：

struct sockaddr{
				unisgned short as family;	//协议族   选择TCP/UDP
				char sa data[14]; //IP+端口   以字符串形式传递
};

第二种（常用）：

比较常用，但调用时需要转换成第一种结构体名字，转换格式如（struct sockaddr *）

struct sockaddr_in{
					sa_family_t sin_family; //协议族   一般是IPV4的网络协议
					in_port t sin_port; //端口号
					struct in_addr sin_addr;//IP地址结构体
					unsigned char sin_zero[8];//填充 没有实际意义，只是为跟sockaddh结构在内存中对齐这样两者才能相互转换
};

监听网络连接

作用

listen函数使用主动连接套接字变为被连接套接口，使得一个进程可以接受其它进程的请求，从而成为一个服务器进程。在TCP服务器编程中listen函数把进程变为一个服务器，并指定相应的套接字变为被动连接。
listen函数一般在调用bind之后-调用accept之前调用。

设置处理的最大连接数，listen()并未开始接受连线，只是设置 sockect 的 listen 模式，listen 函数只用于服务器端，服务器进程不知道要与谁连接，因此，它不会主动此要求与某个进程连接，只是一直监听是否有其他客户进程与之连接，然后响应该连接清求，并对它做出处理，一个服务进程可以同时处理多个客户进程的连接。主要就两个功能:将一个未连接的套接字转换为一个被动套接字(监听)，规定内核为相应套接字排队的最大连接数。
内核为任何一个给定监听套接字维护两个队列:
(1) 未完成连接队列，每个这样的 SYN 报文段对应其中一项:已由某个客户端发出并到达服务器，而服务正在等待完成相应的 TCP 三次握手过程。这些套接字处于SYN_REVD状态。
(2) 已完成连接队列，每个已完成 TCP 三次握手过程的客户端对应其中一项。这些套接字处于 ESTABLISHED 状态。

函数原型
int listen(SOCKET sockfd, int backlog);
参数解读
sockfdsocket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

网络连接

作用

accept函数由TCP服务器调用，用于从已完成连接队列队头返回下一个已完成连接。如果已完成连接队列为空，那么进程被投入睡眠。

函数原型
int accept (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数解读
sockfdsocket系统调用返回的服务器端socket描述符
* addr指向客户端数据结构sockaddr的指针，其中包括目的端口和IP地址
*addrlen参数二sockaddr的长度的地址，可以通过sizeof（struct sockaddr）获得
返回值

该函数的返回值是一个新的套接字描述符，返回值是表示已连接的套接字描述符，而第一个参数是服务器监听套接字描述符。一个服务器通常仅仅创建一个监听套接字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建一个已连接套接字(表示 TCP 三次握手已完成)，当服务器完成对某个给定客户的服务时，相应的已连接套接字就会被关闭。

客户端连接

作用

该函数用于绑定之后的client 端(客户端)，与服务器建立连接。（客户机连接主机）

函数原型
int connect (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数解读
sockfdsocket系统调用返回的服务器端socket描述符
* addr指向客户端数据结构sockaddr的指针，其中包括目的端口和IP地址
addrlen参数二sockaddr的长度，可以通过sizeof（struct sockaddr）获得
返回值

成功返回0，遇到错误时返回-1，并且errno 中包含相应的错误码。

TCP数据收发（第一套）

（1）发送
函数原型
ssize_ t send(int s, const void *msg,size_t len,int flags);
参数解读
ss为已建立好连接的套接字描述符
* msgmsg指向存放待发送数据的缓冲区
lenlen为待发送数据的长度
flagsflags为控制选项，一般设置为0
（2）接收
函数原型
ssize t recv(int s, void *buf,size_t len, int flags);
参数解读
ss为已建立好连接的套接字描述符
* msgmsg指向存放待发送数据的缓冲区
lenlen为待发送数据的长度
flagsflags为控制选项，一般设置为0
返回值

函数返回读或写的字节个数，出错则返回-1。

TCP数据收发（第二套）

（1）发送

将buf中的nbytes个字节写入到文件描述符fd中，成功时返回写的字节数。

函数原型
ssize_t write(int fd, const void *buf,size_t nbytes);
参数解读
fdfd为已建立好连接的文件描述符
* bufbuf指向存放待发送数据的缓冲区
size_t nbytessize_t nbytes为待发送数据的长度
（2）接收

从fd中读取nbyte个字节到buf中，返回实际所读的的字节数。

函数原型
ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbyte);
参数解读
fdfd为已建立好连接的文件描述符
* bufbuf指向存放待发送数据的缓冲区
size_t nbytessize_t nbytes为待发送数据的长度

UDP数据收发（待完善）

UDP数据收发与TCP类似，常用的API是recvmsg()/sendmsg()，revfrom()/sendto0。

地址转换API

字符串转网络
int inet_aton(const char* straddr,struct in_addr *addrp);

作用：把字符串形式的”192.168.1.123"转为网络能识别的格式

网络转字符串
char* inet ntoa(struct in_ addr inaddr);

作用：把网络格式的ip地址转为字符串形式

代码示例

1、客户端与网络实现连接

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>

int mian()
{
	int s_fd;//定义一个套接字描述符

	s_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(s_fd == -1)//返回-1时表示创建失败
	{
		perror("socket");
		exit(-1);
	}
	
	struct sockaddr_in s_addr;//定义一个sockaddr_in类型的结构体（后面需要转为sockaddr类型）
	s_addr.sin_family = AF_INET;//IPV4的英特网域
	s_addr.sin_port = htons(8888);//端口号 x86主机是小端 网络是大段 需进行转换	                        
    inet_aton("127.0.0.1",&s_addr.sin_addr);//把字符串形式的”127.0.0.1”转为网络能识别的格式
    //127.0.0.1表示本机地址  ifconfig查询电脑地址
		
	bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));//需要注意第二个参数需将原来的sockaddr_in结构体类型转换成sockaddr结构体类型

	listen(s_fd,10);

	int c_fd = accept(s_fd,NULL,NULL);//需定义一个fd来接受其返回值 后续对连接的操作是基于fd  若没有接收到数据 则会一直阻塞

	printf("connect\n");
	while(1);
	
	return 0;
}

编译结果：编译运行后，程序会一直阻塞，打开另一执行程序页面，输入 telnet+电脑地址后 程序接收成功，则会输出connect。

2、客户端连接实现信息交流

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
	int s_fd;
	int n_read;//用于判断
	char readBuf[128];	
	char *msg = "I get your connect";

	struct sockaddr_in s_addr;
	struct sockaddr_in c_addr;
	
	memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//对数据进行清空再定义
    memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));

    s_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(s_fd == -1)
	{
		perror("socket");
		exit(-1);
	}
	
	s_addr.sin_family = AF_INET;
	s_addr.sin_port = htons(8888);

 	inet_aton("127.0.0.1",&s_addr.sin_addr);
		
	bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));

	listen(s_fd,10);

	int clen = sizeof(struct sockaddr_in);//计算结构体c_addr的大小
	int c_fd = accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&clen);
	if(c_fd == -1)
	{
        perror("accept");
	    exit(-1);
    }
	printf("get connect :%s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr));//将网络ip地址转为字符串形式 连接成功先输出此行
	
	n_read = read(c_fd,readBuf,128);//从c_fd读取128个字节到readBuf中
    if(n_read == -1)//调用失败返回-1
    {
        perror("read");
    }
    else
    {
        printf("get message:%d,%s\n",n_read,readBuf);
    }

	write(c_fd,msg,strlen(msg));
	
	return 0;
}

编译运行后，打开另一程序运行界面，输入telnet+电脑地址后 程序接收成功，则会输出connect并将IP地址以字符串形式打印出来，同时输入相应数据另一端会接收成功，实现客户端与客户端信息交流。

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