【Linux网络编程】Socket编程

记录

IP长度32位

端口号 16位 所以端口号最大为65535

定义

Socket本身有“插座”的意思，在Linux环境下，用于表示进程间网络通信的特殊文件类型。本质为内核借助缓冲区形成的伪文件。
既然是文件，那么理所当然的，我们可以使用文件描述符引用套接字。与管道类似的，Linux系统将其封装成文件的目的是为了统一接口，使得读写套接字和读写文件的操作一致。区别是管道主要应用于本地进程间通信，而套接字多应用于网络进程间数据的传递。

IP地址

IP地址:可以在网络中标识一台唯一主机

端口号:可以在主机中唯一标识一个进程

IP+PORT:在网络环境中唯一标识的一个进程

文件类型

Linux文件的一种类型：（伪文件）

Linux中文件类型

占用空间：普通文件 目录 软链接

不占用空间：字符设备 块设备 管道 套接字

管道

管道有两端，一端读fd[0]，一端写fd[1]

全双工模式

Socket一个文件标识符有两个文件缓冲区，一个读一个写，从而实现双向全双工

总结

1. 需要成对出现
2. 绑定IP+地址
3. 一个文件描述符指向两个缓冲区，一个读，一个写

预备知识

网络字节号

一个字节8位数据

我们已经知道，内存中的多字节数据相对于内存地址有大端和小端之分，磁盘文件中的多字节数据相对于文件中的偏移地址也有大端小端之分。网络数据流同样有大端小端之分，那么如何定义网络数据流的地址呢？发送主机通常将发送缓冲区中的数据按内存地址从低到高的顺序发出，接收主机把从网络上接到的字节依次保存在接收缓冲区中，也是按内存地址从低到高的顺序保存，因此，网络数据流的地址应这样规定：先发出的数据是低地址，后发出的数据是高地址。

TCP/IP协议规定，网络数据流应采用大端字节序，即低地址高字节。例如上一节的UDP段格式，地址0-1是16位的源端口号，如果这个端口号是1000（0x3e8），则地址0是0x03，地址1是0xe8，也就是先发0x03，再发0xe8，这16位在发送主机的缓冲区中也应该是低地址存0x03，高地址存0xe8。但是，如果发送主机是小端字节序的，这16位被解释成0xe803，而不是1000。因此，发送主机把1000填到发送缓冲区之前需要做字节序的转换。同样地，接收主机如果是小端字节序的，接到16位的源端口号也要做字节序的转换。如果主机是大端字节序的，发送和接收都不需要做转换。同理，32位的IP地址也要考虑网络字节序和主机字节序的问题。

为使网络程序具有可移植性，使同样的C代码在大端和小端计算机上编译后都能正常运行，可以调用以下库函数做网络字节序和主机字节序的转换。

#include 
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);//转IP地址
uint16_t htons(uint16_t hostshort);//转端口号
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);//net to host 转IP地址
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

h表示host，n表示network，l表示32位长整数，s表示16位短整数。

如果主机是小端字节序，这些函数将参数做相应的大小端转换然后返回，如果主机是大端字节序，这些函数不做转换，将参数原封不动地返回。

IP地址转换函数

 #include
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

192.168.1.24–>unsigned int–>htonl()–>网络字节序
192.168.1.24–>网络字节序 inet_pton
网络字节序–>点分十进制 inet_ntop

sockaddr数据结构类型转换

strcut sockaddr 很多网络编程函数诞生早于IPv4协议，那时候都使用的是sockaddr结构体,为了向前兼容，现在sockaddr退化成了（void *）的作用，传递一个地址给函数，至于这个函数是sockaddr_in还是sockaddr_in6，由地址族确定，然后函数内部再强制类型转化为所需的地址类型。

定义

struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family=AF_INET/AFINET6;
addr.sin_port=htons/ntohs;
addr.sin_addr.s_addr=hton1;ntosl;inet_pton;inet_ntop

传参

bind(,(struct sockaddr *)&addr);//类型转换
accept();
connect();

struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family;     /* address family, AF_xxx
*/
    char sa_data[14];          /* 14 bytes of protocol address */
};

struct in_addr {                      /*Internet address. */
__be32 s_addr;
};

套接字函数

Socket函数

#include  /* See NOTES */

#include 

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

domain:

    AF_INET 这是大多数用来产生socket的协议，使用TCP或UDP来传输，用IPv4的地址

    AF_INET6 与上面类似，不过是来用IPv6的地址

    AF_UNIX 本地协议，使用在Unix和Linux系统上，一般都是当客户端和服务器在同一台及其上的时候使用

type:

    SOCK_STREAM 流式协议 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。

    SOCK_DGRAM 报式协议 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。

    SOCK_SEQPACKET该协议是双线路的、可靠的连接，发送固定长度的数据包进行传输。必须把这个包完整的接受才能进行读取。

    SOCK_RAW
socket类型提供单一的网络访问，这个socket类型使用ICMP公共协议。（ping、traceroute使用该协议）

    SOCK_RDM 这个类型是很少使用的，在大部分的操作系统上没有实现，它是提供给数据链路层使用，不保证数据包的顺序

protocol:

    传0 表示使用默认协议。

返回值：

    成功：返回指向新创建的socket的文件描述符，失败：返回-1，设置errno

bind函数

往套接字上绑定ip和端口号 在sockaddr结构体里

#include  /* See NOTES */

#include 

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);

sockfd：

    socket文件描述符

addr:

    构造出IP地址加端口号

addrlen:

    sizeof(addr)长度

返回值：

    成功返回0，失败返回-1, 设置errno

Listen

用来指定监听上限数，同时允许多少个客户端和服务器建立连接，不是能支持多少个连接，

#include  /* See NOTES */

#include 

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd:

    socket文件描述符

backlog:

    排队建立3次握手队列和刚刚建立3次握手队列的链接数和

accept函数

接受连接请求 服务器调用

三方握手完成后，服务器调用accept()接受连接，如果服务器调用accept()时还没有客户端的连接请求，就阻塞等待直到有客户端连接上来。addr是一个传出参数，accept()返回时传出客户端的地址和端口号。addrlen参数是一个传入传出参数（value-result argument），传入的是调用者提供的缓冲区addr的长度以避免缓冲区溢出问题，传出的是客户端地址结构体的实际长度（有可能没有占满调用者提供的缓冲区）。如果给addr参数传NULL，表示不关心客户端的地址。
成功返回一个新的socket文件描述符，用于和客户端通信，失败返回-1，设置errno

#include      /* See NOTES */

#include 

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

sockdf:

    socket文件描述符

addr:

    传出参数，返回链接客户端地址信息，含IP地址和端口号

addrlen:

    传入传出参数（值-结果）,传入sizeof(addr)大小，函数返回时返回真正接收到地址结构体的大小

返回值：

    成功返回一个新的socket文件描述符，用于和客户端通信，失败返回-1，设置errno

connect函数 客户端函数

#include                  /* See NOTES */

#include 

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);

sockdf:

    socket文件描述符

addr:

    传入参数，指定服务器端地址信息，含IP地址和端口号

addrlen:

    传入参数,传入sizeof(addr)大小

返回值：

    成功返回0，失败返回-1，设置errno

模型流程图