Linux网络编程（套接字编程）

socket套接字编程

• udp协议与tcp协议区别

• udp协议：

                 udp协议：用户数据报协议 

                 特性：无连接，不可靠，面向数据报

                 应用场景：实时性要求大于安全性（类似于短信发送）eg.视频传输

• tcp协议：

               tcp协议：传输控制协议

               特性：面向连接，可靠传输，面向字节流

              应用场景：安全性要求大于实时性（类似于打电话）eg.文件传输

• 客户端和服务端区别

1. 客户端：主动发起请求的一端，也就意味着客户端必须提前知道服务端的地址信息（ip+port）因此厂商服务端地址信息一般固定而且被固定写入客户端程序
2. 服务端：被动接收请求，提供服务的通信端

• udp通信流程

• TCP通信流程

• TCP通信接口

 #include

int socket（int domain  ，int type  ，int protocal）

1. domain： 地址域类型        一般使用AF_INET（表示ipv4地址结构，采用ipv4通信）
2. type：套接字类型   (1)SOCK_STREAM:  流式套接字  （可连接，可靠, 供TCP使用）            （2） SOCK_DGRAM：数据报套接字（不连接，不可靠，供UDP使用）
3. protocal：协议   IPPROTO_TCP  -6    IPPROTO_UDP   -17（或0 默认协议，根据套接字类型自动配置协议）
4. 返回值：返回一个文件描述符（操作句柄）    失败-1

（2）为套接字绑定地址信息

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

1. sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2. addr：当前绑定的地址信息     通过获取到地址域进行区分
3. addrlen：地址信息长度
4. 返回值;成功0  失败-1

（3）开始监听

int listen(int sockfd,int backlog)

1. sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2. backlog:服务端能够在同一时间处理的最大连接数，将连接的socket放在已完成连接队列中      已完成连接队列的节点数量=backlog+1

（4）客户端发送连接请求

int connect(int sockfd ,struct sockaddr * srvaddr  ,socklen_t len)

1. sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2. 服务端地址信息
3. 服务端地址长度
4. 返回值：失败-1，成功0

（5）服务端获取新建连接

int accept(int sockfd ,struct sockaddr *ciladdr，socklen_t *addrlen)

1. sockfd:监听套接字（服务端最早创建的套接字）只用于获取新建连接
2. ciladdr：新的连接的服务端地址信息
3. addrlen：输入输出参数，指定地址信息长度，以及返回实际长度
4. 返回值：新建连接套接字的操作句柄，后续与客户端服务通过此操作句柄完成

（6）发送数据（TCP通信因为新建socket结构中已经包含完整五元组，不需要指定地址）

ssize_t send(int sockfd,  void* data,  int len,   int flag)

1. sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2. data:发送数据空间首地址
3. len：发送数据长度
4. flag：标志位 默认0 -  阻塞发送（没有发送数据则一直等待发送数据到来）
5. 返回值：成功返回实际发送的数据长度   失败-1，连接断开，继续send会触发异常

​​​​​​​​​​​​​​（7）接收数据

ssize_t recv(int sockfd,  void* buf,   int len,   int flag)

1. sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2. buf:空间地址，用于存放数据
3. len：接受数据长度
4. flag：标志位 默认0 -  阻塞接收（没有接收到数据则一直等待接收）
5. 返回值：返回实际接收到的数据长度   失败-1，连接断开返回0，此时无法通信​​​​​​​

（8）关闭套接字

int close(int sockfd)

​​​​​​​代码测试：

（1）封装tcpsocket类，实例化类对象通过接口传参调用更加方便

（2）服务端

（3）客户端

上述结果发现问题：服务端流程发生阻塞，只有新创建客户端才会重新唤醒一次服务端，当前服务端不知道什么时候有新的连接到来，什么时候有数据到来，固定流程调用接口会造成阻塞

原因分析：

accept接口，recv接口以及send接口都是阻塞接口，任意一个接口调用都有可能导致服务端阻塞

解决方案：

多执行流并发处理：为每一个客户端都创建一个执行流负责与客户端通信

优点：

1. 主线程卡在获取新建连接这，但不会影响客户端的通信
2. 某个客户端通信阻塞，也不会影响主线程以及其他线程

• 多线程：普通线程与主线程数据共享，指定入口函数执行

注意：主线程不能随意释放套接字，因为资源共享，一旦释放其他线程将无法再使用套接字

• 多进程：子进程复制父进程，但数据各自独有

​​​​​​​

注意：

1. 僵尸进程的处理，signal子进程发送信号给父进程  进行忽略处理
2. 父子进程各自数据独有，父进程不会使用新建套接字，因此子进程创建之后父进程将其释放掉，否则会造成资源泄漏

• UDP通信接口

（1）创建套接字    
 #include

int socket（int domain  ，int type  ，int protocal）

1. domain： 地址域类型        一般使用AF_INET（表示ipv4地址结构，采用ipv4通信）
2. type：套接字类型   (1)SOCK_STREAM:  流式套接字  （可连接，可靠, 供TCP使用）            （2） SOCK_DGRAM：数据报套接字（不连接，不可靠，供UDP使用）
3. protocal：协议   IPPROTO_TCP  -6    IPPROTO_UDP   -17（或0 默认协议，根据套接字类型自动配置协议）
4. 返回值：返回一个文件描述符（操作句柄）    失败-1

（2）为套接字绑定地址信息

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

1. sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2. addr：当前绑定的地址信息     通过获取到地址域进行区分
3. addrlen：地址信息长度
4. 返回值;成功0  失败-1

（3）接受数据

ssize_t recvfrom(int sockfd,  void* buf,   int len,   int flag,   struct sockaddr* srcaddr,    socklen_t addrlen)

1. sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2. buf:空间地址，用于存放数据
3. len：接受数据长度
4. flag：标志位 默认0 -  阻塞接收（没有接收到数据则一直等待接收）
5. srcaddr：本条数据源端地址信息
6. addrlen：输入输出参数 -指定要接收多长的地址结构，并且返回实际接收到的地址长度
7. 返回值：返回实际接收到的数据长度   失败-1

（4）发送数据

ssize_t sendto(int sockfd,  void* data,  int len,   int flag,  struct sockaddr* peeraddr,    socklen_t addrlen)

1. sockfd:创建套接字返回的操作句柄
2. data:发送数据空间首地址
3. len：发送数据长度
4. flag：标志位 默认0 -  阻塞发送（没有发送数据则一直等待发送数据到来）
5. peeraddr：对端地址信息
6. addrlen：输入输出参数 -指定要发送多长的地址结构，并且返回实际发送的地址长度
7. 返回值：返回实际发送的数据长度   失败-1

（5）关闭套接字

int close(int sockfd)

（6）字节序转换接口

#include

      uint32_t htonl(uint32_t hostlong);     32位数据主机到网络字节序转换

       uint16_t htons(uint16_t hostshort);  16位数据主机到网络字节序转换

       uint32_t ntohl(uint32_t netlong);       32位数据网络到主机字节序转换

       uint16_t ntohs(uint16_t netshort);    16位数据网络到主机字节序转换

注：port端口转换使用s    ip地址转换用l

（7）IP地址转换接口

in_addr_t inet_addr(const char* cp)         将字符串点分十进制ip地址转换为整型网络字节序ip地址   192.168.2.2  ->   0xc0a80202

char *inet_ntoa(struct in_addr  in)            将整型网络字节序ip地址转换为字符串点分十进制ip地址   in.s_addr=0xc0a80202   ->   192.168.2.2

代码测试：

（1）封装udpsocket类，实例化类对象通过接口传参调用更加方便

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（2）服务端

（3）客户端

• 查看网络状态信息：

netstat

• -a或--all 显示所有连线中的Socket。查看所有

# netstat -a

• -A<网络类型>或--<网络类型> 列出该网络类型连线中的相关地址。
• -c或--continuous 持续列出网络状态。
• -C或--cache 显示路由器配置的快取信息。
• -e或--extend 显示网络其他相关信息。
• -F或--fib 显示路由缓存。
• -g或--groups 显示多重广播功能群组组员名单。
• -h或--help 在线帮助。
• -i或--interfaces 显示网络界面信息表单。
• -l或--listening 显示监控中的服务器的Socket。
• -M或--masquerade 显示伪装的网络连线。
• -n或--numeric 直接使用IP地址，而不通过域名服务器，不以服务名称显示

# netstat -an

• -N或--netlink或--symbolic 显示网络硬件外围设备的符号连接名称。
• -o或--timers 显示计时器。
• -p或--programs 显示正在使用Socket的程序识别码和程序名称。查看当前网络状态对应的进程

# netstat -ap

• -r或--route 显示Routing Table。
• -s或--statistics 显示网络工作信息统计表。
• -t或--tcp 显示TCP传输协议的连线状况。

# netstat -at

• -u或--udp 显示UDP传输协议的连线状况。

# netstat -au

• -v或--verbose 显示指令执行过程。
• -V或--version 显示版本信息。
• -w或--raw 显示RAW传输协议的连线状况。
• -x或--unix 此参数的效果和指定"-A unix"参数相同。
• --ip或--inet 此参数的效果和指定"-A inet"参数相同。