网络编程 — TCP/UDP Socket
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文章目录
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- Linux 下的 Socket API 接口
- 创建 Socket
- 绑定 Socket
- 请求建立 Socket 连接
- 监听 Socket
- 接受请求
- 关闭连接
- 数据的发送和接收
- send 发送函数
- recv 接收函数
- sendto 发送函数
- recvfrom 接收函数
- TCP Socket 示例
- UDP 通信流程
Linux 下的 Socket API 接口
创建 Socket
获得一个 Socket 文件描述符对象，文件描述符是 Linux 操作文件的句柄。在 Linux 中一切皆文件，Socket 文件描述符对象就是操作 Socket 的句柄。
int socket(int af, int type, int protocol);
- af：AF（Address Family，地址族），IP 地址类型，常用的有 AF_INET 和 AF_INET6，其前缀也可以是 PF（Protocol Family），即PF_INET 和 PF_INET6。
- type：数据传输方式，常用的有面向连接（SOCK_STREAM）方式（即 TCP） 和无连接（SOCK_DGRAM）的方式（即 UDP）。
- protocol：传输协议，常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP，分别表示 TCP 传输协议和 UDP 传输协议。
创建 TCP 套接字：
int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
创建 UDP 套接字：
int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
绑定 Socket
将 Socket 与主机中的某个 IP:Port 绑定起来。
int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- sock：Socket 文件描述符。
- addr：sockaddr 结构体变量的指针。
- addrlen：addr 变量的大小，可由 sizeof() 计算得出。
将创建的套接字 ServerSock 与本地 IP、端口进行绑定：
int ServerSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
struct sockaddr_in ServerSockAddr;
memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr));
ServerSockAddr.sin_family = PF_INET;
ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);
bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR));
其中 struct sockaddr_in 类型的结构体变量用于保存 IPv4 的 IP 信息。
struct in_addr {
unsigned long a_addr;
}
struct sockaddr_in {
unsigned short sin_family; // 地址类型（2B）
unsigned short int sin_port; // 端口号（2B）
struct in_addr sin_addr; // IP 地址（4B）
unsigned char sin_zero[8]; // 填充空间（8B）
}
struct sockaddr {
unsigned short sa_family; // 地址类型（2B）
char sa_data[14]; // 协议地址（14B）
}
先初始化 sockaddr_in，再将它强制转化成 sockaddr 来使用，例如 (SOCKADDR*)&ServerSockAddr，这里涉及到了结构体之间的数据类型转换。这两个结构体，长度都为 16 字节，sockaddr_in.sin_family 的数据存入 sockaddr.sa_family，剩下的 14 个字节存入 sockaddr.sa_data，这样在各种操作中可以方便的处理端口号和 IP 地址。
若是 IPv6，则有对应的结构体：
struct sockaddr_in6
{
sa_family_t sin6_family; // 地址类型，取值为 AF_INET6
in_port_t sin6_port; // 16 位端口号
uint32_t sin6_flowinfo; // IPv6 流信息
struct in6_addr sin6_addr; // 具体的 IPv6 地址
uint32_t sin6_scope_id; // 接口范围 ID
};
请求建立 Socket 连接
客户端连接到服务端的某个 Socket，所以下述的 struct sockaddr *serv_addr 填充服务端的信息。
int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
示例：
int ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
connect(ClientSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR));
监听 Socket
服务端进程监听 Socket 是否有新的，由客户端发起的连接请求。
int listen(int sock, int backlog);
- sock：需要进入监听状态的 Socket。
- backlog：请求队列的最大长度。
接受请求
服务端接受客户端的连接请求，并返回一个客户端的 Socket 文件描述符，该描述符作为服务端操作对应该客户端的连接的句柄。
int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
- sock：服务器端套接字。
- addr：sockaddr_in 结构体变量。
- addrlen：addr 的长度，可由 sizeof() 求得。
- 返回值：一个新的套接字，用于与客户端进行通信。
示例：
/* 监听客户端请求，accept() 返回一个新的套接字，发送和接收都是用这个套接字 */
int ClientSock = accept(ServerSock, (SOCKADDR*)&ClientAddr, &len);
关闭连接
服务端完成通信任务之后关闭与某个客户端的连接，释放资源。所以 int fd 传入的是某个客户端的 Socket 文件描述符。
int close(int fd);
- fd：要关闭的文件描述符。
数据的发送和接收
- read()/write()
- recv()/send()
- recvmsg()/sendmsg()
- recvfrom()/sendto()
- readv()/writev()
send 发送函数
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
- sockfd：要发送数据的套接字。
- buf：保存发送数据的缓冲区地址。
- len：要发送的数据的字节数。
- flags：发送数据时的选项，常设为 0。
recv 接收函数
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
- sockfd：要接收数据的套接字。
- buf：保存接收数据的缓冲区地址。
- len：要接收的数据的字节数。
- flags：接收数据时的选项，常设为 0。
sendto 发送函数
ssize_t sendto(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
- sock：用于传输 UDP 数据的套接字；
- buf：保存待传输数据的缓冲区地址；
- nbytes：带传输数据的长度（以字节计）；
- flags：可选项参数，若没有可传递 0；
- to：存有目标地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址；
- addrlen：传递给参数 to 的地址值结构体变量的长度。
recvfrom 接收函数
ssize_t recvfrom(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockadr *from, socklen_t *addrlen);
- sock：用于接收 UDP 数据的套接字；
- buf：保存接收数据的缓冲区地址；
- nbytes：可接收的最大字节数（不能超过 buf 缓冲区的大小）；
- flags：可选项参数，若没有可传递 0；
- from：存有发送端地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址；
- addrlen：保存参数 from 的结构体变量长度的变量地址值。
TCP Socket 示例
- 服务端
#include - 客户端
#include 编译：
gcc tcp_server.c -o tcp_server
gcc tcp_client.c -o tcp_client
运行：
- 先启动 TCP Server：
# ./tcp_server
- 查看监听 Socket 是否绑定成功：
$ netstat -lpntu | grep 6666
tcp 0 0 0.0.0.0:6666 0.0.0.0:* LISTEN 28675/./tcp_server
- 启动 TCP Client
# ./tcp_client
UDP 通信流程
- 服务端
#include - 客户端
#include 运行：
$ netstat -lpntu | grep 1314
udp 0 0 0.0.0.0:1314 0.0.0.0:* 29729/./udp_server