Linux网络编程基础之一－－TCP

Linux网络编程基础之一－－TCP

    流socket和数据报socket

    流socket传送数据就跟电话网中传送声音一样，客户先建立连接，然后使用该连接进行单向、双向或类似管道的字节流传送。
    数据报通讯则与从一个邮箱到另一个邮箱发送包裹类似。客户不必建立连接，只要向特定的地址发送消息，而服务器进程在该地址接收信息。
    流socket使用TCP，数据报socket使用UDP。
    数据报与邮件网络系统类似，包括3个主要部分：目的地址、返回地址和消息。
    数据报socket可以被理解成一个内部有数据的盒子，发送者给出目的socket地址。网络将数据从发送者发送到目的socket。接收进程从该socket中读取数据。程序使用sendto函数发送数据和recvfrom函数来读取数据。

   下面介绍几个Linux网络编程的初等网络函数（TCP）－－ 流socket

   Linux系统是通过提供套接字(socket)来进行网络编程的.网络程序通过socket和其它几个函数的调用,会返回一个 通讯的文件描述符,我们可以将这个描述符看成普通的文件的描述符来操作,这就是linux的设备无关性的好处.
   我们可以通过向描述符读写操作实现网络之间的数据交流.
(一)socket
 
  int socket(int domain, int type,int protocol)

  domain:说明我们网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX和AF_INET等).
        AF_UNIX只能够用于单一的Unix 系统进程间通信,
        而AF_INET是针对Internet的,因而可以允许在远程
        主机之间通信(当我们 man socket时发现 domain可选项是 PF_*而不是AF_*,因为glibc是posix的实现所以用PF代替了AF,
        不过我们都可以使用的).

  type:我们网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等)
        SOCK_STREAM表明我们用的是TCP 协议,这样会提供按顺序的,可靠,双向,面向连接的比特流.
        SOCK_DGRAM 表明我们用的是UDP协议,这样只会提供定长的,不可靠,无连接的通信.

  protocol:由于我们指定了type,所以这个地方我们一般只要用0来代替就可以了。 socket为网络通讯做基本的准备.
  成功时返回文件描述符,失败时返回-1,看errno可知道出错的详细情况.

(二)bind
  int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)

  sockfd:是由socket调用返回的文件描述符.

  addrlen:是sockaddr结构的长度.

  my_addr:是一个指向sockaddr的指针. 在中有 sockaddr的定义

        struct sockaddr{
                unisgned short  as_family;
                char            sa_data[14];
        };

  不过由于系统的兼容性,我们一般不用这个头文件,而使用另外一个结构(struct sockaddr_in) 来代替.在中有sockaddr_in的定义
        struct sockaddr_in{
                unsigned short          sin_family;    
                unsigned short int      sin_port;
                struct in_addr          sin_addr;
                unsigned char           sin_zero[8];
        }
  我们主要使用Internet所以
        sin_family一般为AF_INET,
        sin_addr设置为INADDR_ANY表示可以和任何的主机通信,
        sin_port是我们要监听的端口号.sin_zero[8]是用来填充的.
  bind将本地的端口同socket返回的文件描述符捆绑在一起.成功是返回0,失败的情况和socket一样

(三)listen
  int listen(int sockfd,int backlog)

  sockfd:是bind后的文件描述符.

  backlog:设置请求排队的最大长度.当有多个客户端程序和服务端相连时, 使用这个表示可以介绍的排队长度.
  listen函数将bind的文件描述符变为监听套接字.返回的情况和bind一样.

(四)accept
  int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)

  sockfd:是listen后的文件描述符.

  addr,addrlen是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了. bind,listen和accept是服务器端用的函数,
  accept调用时,服务器端的程序会一直阻塞到有一个 客户程序发出了连接. accept成功时返回最后的服务器端的文件描述符,
  这个时候服务器端可以向该描述符写信息了. 失败时返回-1

(五)connect
   int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)

   sockfd:socket返回的文件描述符.

   serv_addr:储存了服务器端的连接信息.其中sin_add是服务端的地址

   addrlen:serv_addr的长度

   connect函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回0,sockfd是同服务端通讯的文件描述符 失败时返回-1.

下面是一个简单的客户机和服务器的时间服务器例子（选自Understanding Unix/Linux Programming）：

服务器：
/*
timeserv.c -- a socket-based time of day server
*/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<netdb.h>
#include<time.h>
#include<strings.h>

#define PORTNUM 13000
#define HOSTLEN 256
#define oops(msg) {perror(msg);exit(1);}

int main()
{
 struct sockaddr_in saddr;
 struct hostent *hp;
 char hostname[HOSTLEN];
 int sock_id,sock_fd;
 FILE *sock_fp;
 char *ctime();
 time_t thetime;

 /*step1 : ask kernel for a socket*/
 sock_id=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
 if(sock_id==-1)
  oops("socket");
 /*step2 : bind address to socket.Address is host,port*/
 bzero((void*)&saddr,sizeof(saddr));
 gethostname(hostname,HOSTLEN);
 hp=gethostbyname(hostname);

 bcopy((void*)hp->h_addr,(void*)&saddr.sin_addr,hp->h_length);
 saddr.sin_port=htons(PORTNUM);
 saddr.sin_family=AF_INET;
 if(bind(sock_id,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr))!=0)
  oops("bind");

 /*step3 : allow incoming calls with Qsize=1 on socket*/
 if(listen(sock_id,1)!=0)
  oops("listen");

 /*main loop : accept(),write(),close()*/

 while(1)
 {
  sock_fd=accept(sock_id,NULL,NULL);
  printf("wow ! got a call !\n");
  if(sock_fd==-1)
   oops("accept");
  sock_fp=fdopen(sock_fd,"w");
  if(sock_fp==NULL)
   oops("fdopen");
  thetime=time(NULL);
  fprintf(sock_fp,"The time here is ..");
  fprintf(sock_fp,"%s",ctime(&thetime));
  fclose(sock_fp);
 }
}
客户端：
/*  05.12.31
 *  timeclnt.c -- a client for timeserv.c
 *                usage : timeclnt hostname protnumber
 */
 
 #include<stdio.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 #include<netinet/in.h>
 #include<netdb.h>
 
// #define BUFSIZ 256  //Alreday define in head file
 #define oops(msg) {perror(msg);exit(1);}
 
 main(int ac,char *av[])
 {
    struct sockaddr_in servadd;
    struct hostent *hp;
    int sock_id,sock_fd;
    char message[BUFSIZ];
    int messlen;
   
    /*
     * Step 1: Get a socket
     */
     sock_id=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
     if(sock_id==-1)
        oops("socket");
     /*
      * Step 2: Connect to server
      *         need to build address(host,port) of server first
      */
      bzero(&servadd,sizeof(servadd));
      hp=gethostbyname(av[1]);
      if(hp==NULL)
        oops(av[1]);
      bcopy(hp->h_addr,(struct sockaddr*)&servadd.sin_addr,hp->h_length);
      servadd.sin_port=htons(atoi(av[2]));
      servadd.sin_family=AF_INET;
      if(connect(sock_id,(struct sockaddr *)&servadd,sizeof(servadd))!=0)
        oops("Connect !");
      /*
       * Step 3: Transfer data from server,then hangup
       */
       messlen=read(sock_id,message,BUFSIZ);
       if(messlen==-1)
        oops("read");
       if(write(1,message,messlen)!=messlen)
        oops("write");
       close(sock_id);
}
 
Makefile如下：
all:timeserv.exe timeclnt.exe
timeserv.exe:
 gcc timeserv.c -o timeserv.exe
timeclnt.exe:
 gcc timeclnt.c -o timeclnt.exe
运行结果：
$./timeserv&
$./timeclnt ComputerName 13000
wow ! got a call !
The time here is ..Tue Apr  4 16:38:50 2006
总的来说网络程序是由两个部分组成的--客户端和服务器端.它们的建立步骤一般是:

服务器端
socket-->bind-->listen-->accept

客户端
socket-->connect