Linux网络编程基础API
Linux网络编程基础API
socket地址API
socket地址：一个IP地址和端口对(ip,port),唯一表示了使用TCP通信的一端
字节序
大小端字节序
32位机的CPU累计器一次能装载(至少)4字节，即一个整数。这4个字节在内存中的排列顺序将影响其被累加器装载成的整数的值
-
大端字节序(MSB)：一个整数的高位字节(2331bit)存储在内存低地址处，低位字节(07bit)存储在内存高地址处
-
小端字节序(LSB)：一个整数的高位字节(2331bit)存储在内存高地址处，低位字节(07bit)存储在内存低地址处
- 例如一个16bit的short型 x，在内存中的地址为0x0010，x 的值为0x1122，那么0x11为⾼字节，0x22为低字节 . 对于大端模式，就将0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在⾼地址中，即0x0011中。小端模式，刚好相反。
判断大小端字节序
联合判断
void byteorder(){
union {
short value;
char union_bytes[sizeof(short)];
}test;
test.value = 0x0102;
if((test.union_bytes[0]==1)&&(test.union_bytes[1]==2)){
printf("big endian\n");
}
else if((test.union_bytes[0]==2)&&(test.union_bytes[1]==1)){
printf("littel endian\n");
}
else{
printf("unknow...\n");
}
}
指针判断
void byteorder(){
int a=0x12345678;
char *p = NULL;
p = (char*)&a;
if(*p==0x78){
printf("littel endian\n");
}
else if(*p==0x12){
printf("big endian\n");
}
}
网络字节序与主机字节序
现代PC大多采用小端字节序，因此小端字节序被称为主机字节序
问题：在两台使用不同字节序的主机之间(或同一台机器的两个进程之间,一个用C编写，一个用java编写，java虚拟机采用大端字节序)直接传递时，接收端会错误解释
解决：发送端将发送的数据转化成大端字节序数据后再发送，接收端根据自身采用的字节序决定是否对接收到的数据进行转换
大端字节序被称为网络字节序，对所有接收数据的主机提供一个正确解释收到的格式化数据的保证
转换函数
#include通用socket地址
//socket网络编程接口中表示socket地址是结构体sockaddr
#include地址族类型通常与协议族类型(protocol family或domain)对应
协议族就是不同协议的集合
地址族就是一个协议族所使用的地址集合
地址族和协议族其实是一样的，值也一样，都是用来识别不同协议的，为什么要搞两套东西呢？这是因为之前UNIX有两种风格系统：BSD系统和POSIX系统，对于BSD系统，一直用的是AF，对于POSIX系统，一直用的是PF。Linux作为后起之秀，为了兼容，所以两种都支持，这样两种风格的UNIX下的软件就可以在Linux上运行了
宏PF_*与AF_*均定义在bits/socket.h头文件中
sa_date存放socket地址值，不同协议族的地址值具有不同含义和长度
14字节的sa_data无法容纳多数协议族的地址值，Linux定义了一个新的通用socket地址结构体
#include专用socket地址
通用socket地址在设置与获取IP地址和端口号时需要执行烦琐的位操作，Linux为各个协议族提供专门的socket地址结构体
//UNIX本地域协议族
#include//TCP/IP协议族
struct sockaddr_in{
sa_family_t sin_family;//AF_INET
u_int16_t sin_port;//端口号，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，网络字节序表示
};
struct sockaddr_in6{
sa_family_t sin6_family;//AF_INET6
u_int16_t sin6_port;//端口号，网络字节序表示
u_int32_t sin6_flowinfo;//流信息，设置为0
struct int6_addr sin6_addr;//IPv6地址结构体
u_int32_t sin6_scope_id;
};
struct in6_addr{
unsigned char sa_addr[16];//IPv6地址，网络字节序表示
}
所有专用socket地址(包括sockaddr_storage)类型的变量在实际使用时都需要转化为通用socket地址类型sockaddr(强制转换)，因为所有socket编程接口使用的地址参数类型都是sockaddr
IP地址转换函数
人们习惯用可读性好的字符串来表示IP地址，比如用点分十进制字符串表示IPv4地址，以及用十 六进制字符串表示IPv6地址。但编程中需要先把它们转化为整数（二进制数）方能使用。而记录日志时则相反，要把整数表示的IP地址转化为可读的字符串
#include//inet_ntoa是不可重入
#includesocket基础API
创建socket
socket为可读、可写、可控制、可关闭的文件描述符
#include流服务：发送端send()只是将数据写到TCP发送缓冲区中，然后将发送缓冲区中的数据打包成报文段发送出去。接收端又将接收到的报文段写到缓冲区中，最后recv()直接取数据。数据没有明确分割（由底层做分割）,不分一定的报文段，什么时候想发便可将写入缓冲区的数据，进行打包再发送，即send()与recv()的次数没有必然联系
数据报：发送端sendto()将数据直接打包成相对应的报文段发送。数据有明确分割，拿数据按报文段拿
命名socket
协议、IP、port
创建socket时指定了地址族，但未指定使用该地址族中的哪一个具体socket地址，将socket与socket地址绑定称为给socket命名
在服务器程序中，通常要命名socket，因为只有命名后客户端才能知道该如何连接它。客户端则通常不需要命名socket，而是采用匿名方式，即使用操作系统自动分配的socket地址
在一个pc上开启多个客户端进程， 如果指定固定端口， 必然会造成端口冲突， 影响通信。所以，客户端不指定端口，由操作系统自己分配。这样，实际上就是操作系统对客户端的socket进行了隐式的命名（名称中的端口是随机的）
#include监听socket
socket被命名后还不能马上接受客户连接，需要使用系统调用创建一个监听队列以存放待处理的客户连接
#include编写一个程序，其backlog为5，测试得ESTABLISHED状态的链接有6个
多次修改backlog，最终完整链接的最多总是(backlog+1)个
在不同系统上，运行结果会有差别，但监听队列中完整连接的上限通常比backlog值略大
接受连接
从listen监听队列中接受一个连接
#include若监听队列中处于ESTABLISHED状态的连接对应的客户端出现网络异常，那么服务器对该连接执行的accept调用是否成功
accept只是从监听队列中取出连接，不管连接处于何种状态，也不关心网络状况的变化
发起连接
客户端主动与服务器建立连接
#include关闭连接
#include
数据读写
TCP数据读写
#include＜sys/types.h＞
#include＜sys/socket.h＞
ssize_t recv(int sockfd,void*buf,size_t len,int flags);
//recv读取sockfd上的数据，buf和len参数分别指定读缓冲区的位置和大小，flags参数通常设置为0
//recv成功时返回实际读取到的数据的长度，它可能小于期望的长度len。因此可能要多次调用recv，才能读取到完整的数据。recv可能返回0，这意味着通信对方已经关闭连接了。recv出错时返回-1并设置errno
ssize_t send(int sockfd,const void*buf,size_t len,int flags);
//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的长度，失败则返回-1并设置errno
//flags参数只对send和recv的当前调用生效
flags参数为数据收发提供了额外的控制
UDP数据读写
#include＜sys/types.h＞
#include＜sys/socket.h＞
ssize_t recvfrom(int sockfd,void*buf,size_t len,int flags,struct sockaddr*src_addr,socklen_t*addrlen);
//recvfrom读取sockfd上的数据，buf和len参数分别指定读缓冲区的位置和大小。因为UDP通信没有连接的概念，所以我们每次读取数据都需要获取发送端的socket地址，即参数src_addr所指的内容，addrlen参数则指定该地址的长度
ssize_t sendto(int sockfd,const void*buf,size_t len,int flags,const struct sockaddr*dest_addr,socklen_t addrlen);
//sendto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。dest_addr参数指定接收端的 socket地址，addrlen参数则指定该地址的长度
//recvfrom/sendto系统调用也可以用于面向连接（STREAM）的socket的数据读写，只需要把最后两个参数都设置为NULL以忽略发送端/接收端的socket地址（因为我们已经和对方建立了连接，所以已经知道其socket地址了）
通用数据读写函数
不仅可用于TCP流数据，也可用于UDP数据报
#include＜sys/socket.h＞
ssize_t recvmsg(int sockfd,struct msghdr*msg,int flags);
ssize_t sendmsg(int sockfd,struct msghdr*msg,int flags);
//sockfd参数指定被操作的目标socket。msg参数是msghdr结构体类型的指针
struct msghdr {
void*msg_name;/*socket地址*/
socklen_t msg_namelen;/*socket地址的长度*/
struct iovec* msg_iov;/*分散的内存块*/
int msg_iovlen;/*分散内存块的数量*/
void*msg_control;/*指向辅助数据的起始位置*/
socklen_t msg_controllen;/*辅助数据的大小*/
int msg_flags;/*复制函数中的flags参数，并在调用过程中更新*/
};
//msg_iov成员是iovec结构体类型的指针
struct iovec {
void*iov_base;/*内存起始地址*/
size_t iov_len;/*这块内存的长度*/
};
//iovec结构体封装了一块内存的起始位置和长度。msg_iovlen指定这样的iovec结构对象有多少个。对于recvmsg而言，数据将被读取并存放在msg_iovlen块分散的内存中，这些内存的位置和长度则由 msg_iov指向的数组指定，这称为分散读（scatter read）；对于sendmsg而言，msg_iovlen块分散内存中的数 据将被一并发送，这称为集中写（gather write）
//msg_control和msg_controllen成员用于辅助数据的传送
//msg_flags成员无须设定，它会复制recvmsg/sendmsg的flags参数的内容以影响数据读写过程。recvmsg还会在调用结束前，将某些更新后的标志设置到msg_flags中
带外标记
在Linux内核检测到TCP紧急标志时，将通知应用程序有带外数据需要接收。内核通知应用程序带外数据到达的两种常见方式是：I/O复用产生的异常事件和SIGURG信号。但是，即使应用程序得到了有带外数据需要接收的通知，还需要知道带外数据在数据流中的具体位置，才能准确接收带外数据
#include＜sys/socket.h＞
int sockatmark(int sockfd);
//判断sockfd是否处于带外标记，即下一个被读取到的数据是否是带外数据。如果是sockatmark返回1，此时就可以利用带MSG_OOB标志的recv调用来接收带外数据。如果不是，则sockatmark返回0
地址信息函数
#include＜sys/socket.h＞
int getsockname(int sockfd,struct sockaddr*address,socklen_t*address_len);
//getsockname获取sockfd对应的本端socket地址，并将其存储于address参数指定的内存中，该socket地址 的长度则存储于address_len参数指向的变量中。如果实际socket地址的长度大于address所指内存区的大小， 那么该socket地址将被截断。getsockname成功时返回0，失败返回-1并设置errno
int getpeername(int sockfd,struct sockaddr*address,socklen_t*address_len);
//getpeername获取sockfd对应的远端socket地址，其参数及返回值的含义与getsockname的参数及返回值相同
socket选项
专门用来读取和设置socket文件描述符属性
#include＜sys/socket.h＞
int getsockopt(int sockfd,int level,int option_name,void*option_value,socklen_t*restrict option_len);
int setsockopt(int sockfd,int level,int option_name,const void*option_value,socklen_t option_len);
//level参数指定要操作哪个协议的选项（即属性），比如IPv4、 IPv6、TCP等。option_name参数则指定选项的名字。option_value和option_len参数分别是被操作选项的值和长度。不同的选项具有不同类型的值
对服务器而言，有部分socket选项只能在调用listen系统调用前针对监听socket设置才有效。这是因为连接socket只能由accept调用返回，而accept从listen监听队列中接受的连接至少已经完成了 TCP三次握手的前两个步骤（因为listen监听队列中的连接至少已进入SYN_RCVD状态），这说明服务器已经往被接受连接上发送出了TCP同步报文段。但有的socket选项却应该在TCP同步报文段中设置，比如TCP最大报文段选项（该选项只能由同步报文段来发送）。对这种情 况，Linux给开发人员提供的解决方案是：对监听socket设置这些socket选项，那么accept返回的连接socket将自动继承这些选项。这些socket选项包括：SO_DEBUG、SO_DONTROUTE、SO_KEEPALIVE、SO_LINGER、SO_OOBINLINE、SO_RCVBUF、SO_RCVLOWAT、SO_SNDBUF、SO_SNDLOWAT、 TCP_MAXSEG和TCP_NODELAY。而对客户端而言，这些socket选项则应该在调用connect函数之前设置,因为connect调用成功返回之后，TCP三次握手已完成
网络信息API
gethostbyname和gethostbyaddr
gethostbyname函数根据主机名称获取主机的完整信息，gethostbyaddr函数根据IP地址获取主机的完整信息。gethostbyname函数通常先在本地的/etc/hosts配置文件中查找主机，如果没有找到，再去访问DNS服务器
#include＜netdb.h＞
struct hostent*gethostbyname(const char*name);
struct hostent*gethostbyaddr(const void*addr,size_t len,int type);
//name参数指定目标主机的主机名，addr参数指定目标主机的IP地址，len参数指定addr所指IP地址的长 度，type参数指定addr所指IP地址的类型
#include＜netdb.h＞
struct hostent {
char*h_name;/*主机名*/
char**h_aliases;/*主机别名列表，可能有多个*/
int h_addrtype;/*地址类型（地址族）*/
int h_length;/*地址长度*/
char**h_addr_list/*按网络字节序列出的主机IP地址列表*/
};
getservbyname和getservbyport
通过读取/etc/services文件来获取服务的信息的
#include＜netdb.h＞
struct servent*getservbyname(const char*name,const char*proto);
struct servent*getservbyport(int port,const char*proto);
//name参数指定目标服务的名字，port参数指定目标服务对应的端口号。proto参数指定服务类型，给它传递“tcp”表示获取流服务，给它传递“udp”表示获取数据报服务，给它传递NULL则表示获取所有类型的服务
#include＜netdb.h＞
struct servent {
char*s_name;/*服务名称*/
char**s_aliases;/*服务的别名列表，可能有多个*/
int s_port;/*端口号*/
char*s_proto;/*服务类型,通常是tcp或者udp*/
};
getaddrinfo
既能通过主机名获得IP地址（内部使用的gethostbyname函数），也能通过服务名获得 端口号（内部使用的是getservbyname函数）。它是否可重入取决于其内部调用的gethostbyname和 getservbyname函数是否是它们的可重入版本
#include＜netdb.h＞
int getaddrinfo(const char*hostname,const char*service,const struct addrinfo*hints,struct addrinfo**result);
//hostname参数可以接收主机名，也可以接收字符串表示的IP地址（IPv4采用点分十进制字符串，IPv6则 采用十六进制字符串）。同样，service参数可以接收服务名，也可以接收字符串表示的十进制端口号。hints 参数是应用程序给getaddrinfo的一个提示，以对getaddrinfo的输出进行更精确的控制。hints参数可以被设置 为NULL，表示允许getaddrinfo反馈任何可用的结果。result参数指向一个链表，该链表用于存储getaddrinfo 反馈的结果
struct addrinfo {
int ai_flags;/*见后文*/
int ai_family;/*地址族*/
int ai_socktype;/*服务类型，SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM*/
int ai_protocol;/*见后文*/
socklen_t ai_addrlen;/*socket地址ai_addr的长度*/
char*ai_canonname;/*主机的别名*/
struct sockaddr*ai_addr;/*指向socket地址*/
struct addrinfo*ai_next;/*指向下一个sockinfo结构的对象*/
};
//ai_protocol成员是指具体的网络协议，其含义和socket系统调用的第三个参数相同，通常被设置为0
//当我们使用hints参数的时候，可以设置其ai_flags，ai_family，ai_socktype和ai_protocol四个字段，其他字段则必须被设置为NULL
//getaddrinfo将隐式地分配堆内存（可以通过valgrind等工具查看），因 为res指针原本是没有指向一块合法内存的，所以，getaddrinfo调用结束后，我们必须使用如下配对函数来释放这块内存
#include＜netdb.h＞
void freeaddrinfo(struct addrinfo*res);
getnameinfo
能通过socket地址同时获得以字符串表示的主机名（内部使用的是gethostbyaddr函数） 和服务名（内部使用的是getservbyport函数）。它是否可重入取决于其内部调用的gethostbyaddr和 getservbyport函数是否是它们的可重入版本
#include＜netdb.h＞
int getnameinfo(const struct sockaddr*sockaddr,socklen_t addrlen,char*host,socklen_t hostlen,char*serv,socklen_t servlen,int flags);
//getnameinfo将返回的主机名存储在host参数指向的缓存中，将服务名存储在serv参数指向的缓存中， hostlen和servlen参数分别指定这两块缓存的长度。flags参数控制getnameinfo的行为
，因 为res指针原本是没有指向一块合法内存的，所以，getaddrinfo调用结束后，我们必须使用如下配对函数来释放这块内存
#include＜netdb.h＞
void freeaddrinfo(struct addrinfo*res);
### getnameinfo
能通过socket地址同时获得以字符串表示的主机名（内部使用的是gethostbyaddr函数） 和服务名（内部使用的是getservbyport函数）。它是否可重入取决于其内部调用的gethostbyaddr和 getservbyport函数是否是它们的可重入版本
```c
#include＜netdb.h＞
int getnameinfo(const struct sockaddr*sockaddr,socklen_t addrlen,char*host,socklen_t hostlen,char*serv,socklen_t servlen,int flags);
//getnameinfo将返回的主机名存储在host参数指向的缓存中，将服务名存储在serv参数指向的缓存中， hostlen和servlen参数分别指定这两块缓存的长度。flags参数控制getnameinfo的行为