【Linux】详解socket编程接口
socket编程接口详解
- 1. socket常见API
- 2. IPv4协议的地址信息结构：sockaddr_in结构体
-
- 2.1 sockaddr结构体
- 2.2 in_addr结构体
- 2.3 sockaddr_in结构体图解
- 3. socket接口中参数domain的所有宏定义源码
- 4. socket接口中参数protocol的所有宏定义源码
- 5. sockaddr可接收的结构体
- 6. 模拟实现socket通信
-
- 6.1 查看socket通信创建的文件描述符
- 6.2 查看socket通信侦听的端口号
1. socket常见API
#include （1）socket接口
功能：常见套接字
int socket(int domain, int type, int protocol);
- domain：地址域，指定网络上使用什么协议
| 填入domain的宏 | 含义 |
|---|---|
| AF_INET | IPv4协议 |
| AF_INET6 | IPv6协议 |
| AF_UNIX | 本机上面的进程通信协议 |
- type：套接字类型
| 填入type的宏 | 含义 |
|---|---|
| SOCK_DGRAM | 用户数据报套接字（数据报） |
| SOCK_STREAM | 流式套接字（字节流） |
- protocol：协议
如果type中填入的是SOCK_DGRAM
| 填入protocol的宏 | 含义 |
|---|---|
| 0 | 表示采用SOCK_DGRAM默认的协议：UDP协议 |
| IPPROTO_UDP | 表示指定使用UDP协议 |
如果type中填入的是SOCK_STREAM
| 填入protocol的宏 | 含义 |
|---|---|
| 0 | 表示采用SOCK_STREAM默认的协议：TCP协议 |
| IPPROTO_TCP | 表示指定使用TCP协议 |
- 返回值：
套接字操作句柄
套接字操作句柄本质上是一个
文件描述符
// 创建TCP套接字
int TCP_soc_id = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP)
// 创建UDP套接字
int UDP_soc_id = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)
（2）bind接口
功能：绑定地址信息
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
- socket：套接字描述符（socket接口返回值）
- address：当使用IPv4版本的ip协议时，需要传入sockaddr_in结构体并强转位为sockaddr结构体
- address_len：绑定的地址信息长度
bind函数不需要针对特定的协议，准备不同类型的参数，只需要你准备一个通用的地址结构sockaddr即可
（3）listen接口（TCP编程使用）
监听是否有客户端要来连接本客户端
int listen(int socket, int backlog);
- socket：侦听套接字描述符（socket接口返回值）
- backlog：
已完成连接队列的大小
（4）accept接口（TCP编程使用）
从
已完成连接队列中获取新连接，若已完成连接队列为空，调用改接口，会导致阻塞该执行流
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
- socket：侦听套接字描述符（socket接口返回值）
- address：对端的地址信息（客户端地址信息）
- address_len：对端的地址信息长度（客户端地址信息长度）
返回值：正常情况下返回的是为新连接创建出来的套接字描述符
（5）connect接口（TCP编程使用）
客户端发起连接的接口
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- sockfd：客户端创建出来的套接字描述符
- addr：要连接的服务端的地址信息
- addrlen：要连接的服务端的地址信息长度
2. IPv4协议的地址信息结构：sockaddr_in结构体
sockaddr_in结构体源码
#define __SOCKADDR_COMMON_SIZE (sizeof (unsigned short int)) //解释__SOCKADDR_COMMON_SIZE
typedef uint16_t in_port_t; //解释in_port_t
typedef unsigned short int sa_family_t; //解释sa_family_t
#define __SOCKADDR_COMMON(sa_prefix) \ //解释__SOCKADDR_COMMON
sa_family_t sa_prefix##family
/* Structure describing an Internet socket address. */
struct sockaddr_in
{
__SOCKADDR_COMMON (sin_);
in_port_t sin_port; /* Port number. */
struct in_addr sin_addr; /* Internet address. */
/* Pad to size of `struct sockaddr'. */
unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
__SOCKADDR_COMMON_SIZE -
sizeof (in_port_t) -
sizeof (struct in_addr)];
};
要想看懂该源码需要看懂其中嵌套的结构体的源码
2.1 sockaddr结构体
#define __SOCKADDR_COMMON(sa_prefix) \ //解释__SOCKADDR_COMMON是一个sa_family_t
sa_family_t sa_prefix##family
typedef unsigned short int sa_family_t; //解释sa_family_t
struct sockaddr
{
__SOCKADDR_COMMON (sa_); //这里的__SOCKADDR_COMMON就是sa_family_t，也就是一个unsigned short int类型
char sa_data[14]; /* Address data. */
};
- 所以一个sockaddr结构体占用16个字节（unsigned short int占2字节，char数组占14字节）
- sockaddr结构体是一个通用的地址信息结构
2.2 in_addr结构体
/* Internet address. */
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
};
- 所以一个in_addr结构体占用4字节
将所有宏定义翻译之后的sockaddr_in结构体源码
struct sockaddr_in
{
unsigned short int sin_; /* 地址域 */ //2字节
uint16_t sin_port; /* 端口号 */ //2字节
uint32_t sin_addr; /* IP地址 */ //4字节
/* 填充. */
unsigned char sin_zero[16 - 2 - 2 - 4]; //8字节
};
- 所以sockaddr_in结构体占用16字节
2.3 sockaddr_in结构体图解
3. socket接口中参数domain的所有宏定义源码
/* Address families. */
#define AF_UNSPEC PF_UNSPEC
#define AF_LOCAL PF_LOCAL
#define AF_UNIX PF_UNIX //本机进程间通信
#define AF_FILE PF_FILE
#define AF_INET PF_INET //IPv4
#define AF_AX25 PF_AX25
#define AF_IPX PF_IPX
#define AF_APPLETALK PF_APPLETALK
#define AF_NETROM PF_NETROM
#define AF_BRIDGE PF_BRIDGE
#define AF_ATMPVC PF_ATMPVC
#define AF_X25 PF_X25
#define AF_INET6 PF_INET6 //IPv6
#define AF_ROSE PF_ROSE
#define AF_DECnet PF_DECnet
#define AF_NETBEUI PF_NETBEUI
#define AF_SECURITY PF_SECURITY
#define AF_KEY PF_KEY
#define AF_NETLINK PF_NETLINK
#define AF_ROUTE PF_ROUTE
#define AF_PACKET PF_PACKET
#define AF_ASH PF_ASH
#define AF_ECONET PF_ECONET
#define AF_ATMSVC PF_ATMSVC
#define AF_RDS PF_RDS
#define AF_SNA PF_SNA
#define AF_IRDA PF_IRDA
#define AF_PPPOX PF_PPPOX
#define AF_WANPIPE PF_WANPIPE
#define AF_LLC PF_LLC
#define AF_IB PF_IB
#define AF_MPLS PF_MPLS
#define AF_CAN PF_CAN
#define AF_TIPC PF_TIPC
#define AF_BLUETOOTH PF_BLUETOOTH
#define AF_IUCV PF_IUCV
#define AF_RXRPC PF_RXRPC
#define AF_ISDN PF_ISDN
#define AF_PHONET PF_PHONET
#define AF_IEEE802154 PF_IEEE802154
#define AF_CAIF PF_CAIF
#define AF_ALG PF_ALG
#define AF_NFC PF_NFC
#define AF_VSOCK PF_VSOCK
#define AF_MAX PF_MAX
/* Protocol families. */
#define PF_UNSPEC 0 /* Unspecified. */
#define PF_LOCAL 1 /* Local to host (pipes and file-domain). */
#define PF_UNIX PF_LOCAL /* POSIX name for PF_LOCAL. */
#define PF_FILE PF_LOCAL /* Another non-standard name for PF_LOCAL. */
#define PF_INET 2 /* IP protocol family. */
#define PF_AX25 3 /* Amateur Radio AX.25. */
#define PF_IPX 4 /* Novell Internet Protocol. */
#define PF_APPLETALK 5 /* Appletalk DDP. */
#define PF_NETROM 6 /* Amateur radio NetROM. */
#define PF_BRIDGE 7 /* Multiprotocol bridge. */
#define PF_ATMPVC 8 /* ATM PVCs. */
#define PF_X25 9 /* Reserved for X.25 project. */
#define PF_INET6 10 /* IP version 6. */
#define PF_ROSE 11 /* Amateur Radio X.25 PLP. */
#define PF_DECnet 12 /* Reserved for DECnet project. */
#define PF_NETBEUI 13 /* Reserved for 802.2LLC project. */
#define PF_SECURITY 14 /* Security callback pseudo AF. */
#define PF_KEY 15 /* PF_KEY key management API. */
#define PF_NETLINK 16
#define PF_ROUTE PF_NETLINK /* Alias to emulate 4.4BSD. */
#define PF_PACKET 17 /* Packet family. */
#define PF_ASH 18 /* Ash. */
#define PF_ECONET 19 /* Acorn Econet. */
#define PF_ATMSVC 20 /* ATM SVCs. */
#define PF_RDS 21 /* RDS sockets. */
#define PF_SNA 22 /* Linux SNA Project */
#define PF_IRDA 23 /* IRDA sockets. */
#define PF_PPPOX 24 /* PPPoX sockets. */
#define PF_WANPIPE 25 /* Wanpipe API sockets. */
#define PF_LLC 26 /* Linux LLC. */
#define PF_IB 27 /* Native InfiniBand address. */
#define PF_MPLS 28 /* MPLS. */
#define PF_CAN 29 /* Controller Area Network. */
#define PF_TIPC 30 /* TIPC sockets. */
#define PF_BLUETOOTH 31 /* Bluetooth sockets. */
#define PF_IUCV 32 /* IUCV sockets. */
#define PF_RXRPC 33 /* RxRPC sockets. */
#define PF_ISDN 34 /* mISDN sockets. */
#define PF_PHONET 35 /* Phonet sockets. */
#define PF_IEEE802154 36 /* IEEE 802.15.4 sockets. */
#define PF_CAIF 37 /* CAIF sockets. */
#define PF_ALG 38 /* Algorithm sockets. */
#define PF_NFC 39 /* NFC sockets. */
#define PF_VSOCK 40 /* vSockets. */
#define PF_MAX 41 /* For now.. */
4. socket接口中参数protocol的所有宏定义源码
/* Standard well-defined IP protocols. */
enum
{
IPPROTO_IP = 0, /* Dummy protocol for TCP. */
#define IPPROTO_IP IPPROTO_IP
IPPROTO_ICMP = 1, /* Internet Control Message Protocol. */
#define IPPROTO_ICMP IPPROTO_ICMP
IPPROTO_IGMP = 2, /* Internet Group Management Protocol. */
#define IPPROTO_IGMP IPPROTO_IGMP
IPPROTO_IPIP = 4, /* IPIP tunnels (older KA9Q tunnels use 94). */
#define IPPROTO_IPIP IPPROTO_IPIP
IPPROTO_TCP = 6, /* Transmission Control Protocol. */
#define IPPROTO_TCP IPPROTO_TCP
IPPROTO_EGP = 8, /* Exterior Gateway Protocol. */
#define IPPROTO_EGP IPPROTO_EGP
IPPROTO_PUP = 12, /* PUP protocol. */
#define IPPROTO_PUP IPPROTO_PUP
IPPROTO_UDP = 17, /* User Datagram Protocol. */
#define IPPROTO_UDP IPPROTO_UDP
IPPROTO_IDP = 22, /* XNS IDP protocol. */
#define IPPROTO_IDP IPPROTO_IDP
IPPROTO_TP = 29, /* SO Transport Protocol Class 4. */
#define IPPROTO_TP IPPROTO_TP
IPPROTO_DCCP = 33, /* Datagram Congestion Control Protocol. */
#define IPPROTO_DCCP IPPROTO_DCCP
IPPROTO_IPV6 = 41, /* IPv6 header. */
#define IPPROTO_IPV6 IPPROTO_IPV6
IPPROTO_RSVP = 46, /* Reservation Protocol. */
#define IPPROTO_RSVP IPPROTO_RSVP
IPPROTO_GRE = 47, /* General Routing Encapsulation. */
#define IPPROTO_GRE IPPROTO_GRE
IPPROTO_ESP = 50, /* encapsulating security payload. */
#define IPPROTO_ESP IPPROTO_ESP
IPPROTO_AH = 51, /* authentication header. */
#define IPPROTO_AH IPPROTO_AH
IPPROTO_MTP = 92, /* Multicast Transport Protocol. */
#define IPPROTO_MTP IPPROTO_MTP
IPPROTO_BEETPH = 94, /* IP option pseudo header for BEET. */
#define IPPROTO_BEETPH IPPROTO_BEETPH
IPPROTO_ENCAP = 98, /* Encapsulation Header. */
#define IPPROTO_ENCAP IPPROTO_ENCAP
IPPROTO_PIM = 103, /* Protocol Independent Multicast. */
#define IPPROTO_PIM IPPROTO_PIM
IPPROTO_COMP = 108, /* Compression Header Protocol. */
#define IPPROTO_COMP IPPROTO_COMP
IPPROTO_SCTP = 132, /* Stream Control Transmission Protocol. */
#define IPPROTO_SCTP IPPROTO_SCTP
IPPROTO_UDPLITE = 136, /* UDP-Lite protocol. */
#define IPPROTO_UDPLITE IPPROTO_UDPLITE
IPPROTO_MPLS = 137, /* MPLS in IP. */
#define IPPROTO_MPLS IPPROTO_MPLS
IPPROTO_RAW = 255, /* Raw IP packets. */
#define IPPROTO_RAW IPPROTO_RAW
IPPROTO_MAX
};
5. sockaddr可接收的结构体
6. 模拟实现socket通信
#include 6.1 查看socket通信创建的文件描述符
- 使用命令查看某进程的文件描述符：
ls -l /proc/[pid]/fd
[gongruiyang@localhost server]$ ps aux | grep ./test
gongrui+ 8473 0.0 0.0 4212 352 pts/1 S+ 15:14 0:00 ./test
gongrui+ 8476 0.0 0.0 112828 996 pts/0 R+ 15:14 0:00 grep --color=auto ./test
[gongruiyang@localhost server]$ ll /proc/8473/fd
总用量 0
lrwx------. 1 gongruiyang gongruiyang 64 1月 14 15:15 0 -> /dev/pts/1
lrwx------. 1 gongruiyang gongruiyang 64 1月 14 15:15 1 -> /dev/pts/1
lrwx------. 1 gongruiyang gongruiyang 64 1月 14 15:14 2 -> /dev/pts/1
lrwx------. 1 gongruiyang gongruiyang 64 1月 14 15:15 3 -> socket:[72072]
6.2 查看socket通信侦听的端口号
- 使用netstat -anp命令查看端口号侦听情况
[gongruiyang@localhost server]$ netstat -anp | grep 19999
(Not all processes could be identified, non-owned process info
will not be shown, you would have to be root to see it all.)
udp 0 0 192.168.153.128:19999 0.0.0.0:* 8473/./test
udp： 代表该19999端口是被udp协议下的进程侦听的192.168.153.128:19999：当前服务端侦听的ip和端口0.0.0.0:*：代表能够接收客户端任意ip地址和任意端口8473/./test：进程号 和 进程名