浅析linux网络编程基础API

linux网络API分为三个方面：
（1）socket地址api。socket最开始的含义是一个IP地址和端口对（ip,port）。它唯一地表示了使用TCP通信的一端。称为socket地址。
（2）socket基础api。socket主要api定义在sys/socket.h这个头文件中，包括创立socket,命名socket，接受连接，读写数据，获取地址信息，检测带外标记，以及读取和设置socket选项。
（3）网络信息api。linux提供了一套网络信息api，已实现主机名和IP地址的转换，以及服务器名称和端口号之间的转换。这些api都定义在netdb.h中。
一，通用socket地址
socket网络编程接口中表示socket地址的是sockaddr，其定义如下：

#include
struct sockaddr
{
    sa_family_t sa_family;
    char sa_data[14];
}

sa_family表示地址族类型。sa_data成员用于存放socket地址值。

由上表可见，14字节的sa_data根本无法容纳多数协议族的地址值，因此linux定义了下面这个新的通用socket结构体：

#include
struct sockaddr_storage
{
    sa_family_t sa_family;
    unsigned long int _ss_align;
    char _ss_padding[128-sizeof(__ss_align)];
}

二，专用socket地址
通用socket一般情况下不太使用linux下的网络开发，因为在设置和获取IP地址和端口需要执行很繁琐的操作，所以linux为各个协议族提供了专门的socket地址结构体：
（1）UNIX本地协议族：

#include
struct sockaddr_un
{
    sa_family_t sin_family;   //地址族AF_UNIX
    char sun_path[108];       //文件路径名
}

(2)TCP/IP协议族，用于IPv4

struct sockaddr_in
{
    sa_family_t sin_family;        //地址族：AF_INET
    u_int16_t sin_port;              //端口号，要用网络字节序表示
    struct in_addr sin_addr;     //IPv4地址结构体
}
struct in_addr
{
    u_int32_t s_addr;               //IPv4地址，要用网络字节序表示
}

（3）TCP/IP协议族，用于IPv6

struct sockaddr_in6
{
    sa_family_t sin6_family;    //地址族：AF_INET6
    u_int16_t sin6_port;         //端口号，要用网络字节序表示
    u_int32_t sin6_flowinfo;  //流信息，一般设为0
    struct in6_addr sin6_addr;
    u_int32_t sin6_scope_id; //scope ID
}
struct in_addr
{
    unsigned char sa_addr[16];
}

所以专业socket地址类型的变量在实际使用中都需转化为通用socket地址类型sockaddr(强制转换即可)，因为所有的socket编程接口使用的地址参数类型都是sockaddr。

三，IP地址转换函数

#include
in_addr_t inet_addr(const char* strptr);
int inet_aton(const char*cp,struct in_addr* inp);
char* inet_ntoa(struct in_addr in);

inet_addr函数将用点分十进制字符串表示的IPv4地址转换为网络字节序整数表示的IPv4地址，它失败时返回INAADDR_NONE。
inet_aton函数完成和inet_addr同样的功能，但是转换的结果存储于参数inp指向地址结构中，成功是返回1，失败返回0；
inet_ntoa函数将用网络字节序整数表示的IPv4地址转化为用点分十进制字符串表示的IPv4地址，但需要注意的是，该函数内部用一个静态变量存储转化结果，函数的返回值指向该静态内存，因此inet_ntoa是不可重入的。

char* szValue1=inet_ntoa("1.2.3.4");
char* szValue2=inet_ntoa("10.194.71.60");
printf("address 1: %s\n",szValue1);
printf("address 2: %s\n",szValue2);

运行后结果为：
address1: 10.194.71.60
address2: 10.194.71.60

创建socket:

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

domain参数为协议族，type参数为服务类型，主要有SOCK_STREAM(流服务)，和SOCK_UGTAM(数据报服务)。protocol参数通常设为0；
命名socket：

#include
#include
int bind(int sockfd,const struct sockaddr* my_addr,socklen_t addrlen);

bind将my_addr所指的socket地址分配给未命名的sockfd文件描述符，addrlen参数指出该socket地址的长度。
bind成功时返回0，失败返回-1，并设置errno。
其中两种常见的errno分别是：
EACCES:被绑定的地址是受保护的地址，仅超级用户访问，如将socket绑定到0~1023端口上。
EADDRINUSE:该绑定的地址正在使用中，比如将socket绑定到一个处于TIME_WAIT状态的socket地址。
监听socket:

#include
int listen(int sockfd,int backlog);

sockfd表示被监听的socket，backlog表示内核监听队列最大长度。如果超过backlog，服务器将不受理新的客户连接，客户端也将收到ECONNREFUSED错误信息。在内核版本2。2之前的linux中，backlog参数是指所有处于连接状态（SYN_RCVD）和完全连接状态（ESTABLISHED）的socket的上限。但自内核版本2.2之后，它只表示处于完全连接状态的上限，处于半连接状态的socket的上限则由/proc/sys/net/ipv4/tcp_max_backlog内核参数定义。backlog参数的典型值是5。
listen成功时返回0，失败则返回-1，并设置errno。
接受连接：

#include
#include
int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);

sockfd参数是执行过listen系统调用socket。addr参数是用来获取被接受连接的远端socket地址，该socket地址的长度由addrlen参数指出。accept成功时返回一个新的连接socket，该socket唯一的标识了被接收的这个连接，服务器可通过读写该socket来与被接受连接对应的客户端通信。accept失败时返回-1并设置errno。
发起连接：

#include
#include
int connect(int sockfd,const struct sockaddr *serv_addr,socklen_t addrlen);

sockfd参数由socket系统调用返回一个socket。serv_addr参数是服务器监听的socket地址，addrlen参数则指定这个地址的长度。connect成功时返回0。一旦成功连接，sockfd就唯一的标识了这个连接，客户端就可以通过读写sockfd来与服务器通信，connect失败时则返回-1并设置errno。
关闭连接：

#include
int close(int fd);

fd参数是待关闭的socket，但是close系统不是关闭一个连接，而是将引用技术减一，只有当fd的引用计数为0，才真正关闭连接。
如果想要立刻终止连接可以使用shutdown。

#include
int shutdown(int sockfd,int howto);

成功返回0，失败返回-1并设置errno。howto可选值为SHUT_RD:关闭sockfd上读的这一半，SHUT_WR：关闭sockfd上写的这一半，SHUT_RDWR：同时关闭读和写。
数据读写：
对文件的读写操作read和write可以对socket进行读写操作，但是socket编程接口提供了几个专门用于socket数据读写的系统调用。它们增加了对数据读写的控制。其中用于TCP流数据读写的系统调用是：

#include
#include
ssize_t recv(int sockfd,void *buf,size_t len,int flags);
ssize_t send(int sockfd,const void *buf,size_t len,int flags);

recv读取sockfd上的数据,buf和len参数分别指定都缓冲区的位置和大小，flags参数通常设置为0。
recv成功是表示实际读取数据的长度，它可能小于我们期待的长度len。因此我们可能要多次调用recv，才能读取到完整的数据。recv可能返回0，表示通信对方已经关闭连接了，recv出错时返回-1并设置errno。
send往sockfd上写入数据，buf和len参数分别指定写缓冲区的位置和大小。send成功时返回实际写入的数据和长度，失败则返回-1，并设置errno。