Linux 网络编程 TCP/UDP编程

  在TCP/IP协议族中，有很多种协议。TCP/IP协议群中的核心协议被设计运行在网络层和传输层，它们为网络中的各主机提供通信服务，也为模型的最高层–应用层中的协议提供服务。其中的TCP和UDP协议就是应用在传输层的协议。

IP地址

1. IP地址的作用
  IP地址用来标识网络中的一台主机。
本篇文章主要讨论基于IPV4协议的网络通信。
2. IP地址的格式转换
  IP地址有两种格式：十进制点分形式和32为二进制形式。前者=是大众所熟悉的形式，后者是网络传输中IP地址的存储方式。
十进制点分形式 “192.168.1.1”
32位二进制形式 10111110 10101000 00000001 00000001
IPv4地址转换函数： inet_aton(); inet_addr(); inet_ntoa();

#include 
#include 
#include 
char *inet_ntoa(struct in_addr address);//返回点分十进制形式

in_addr_t inet_addr(const char *cp);//返回二进制地址形式
参数：
	cp	点分十进制IP地址字符串
返回值：
	成功返回 转换后的二进制地址形式

端口

• 端口号是一个无符号短整型，取值范围0-65535；
• 端口号是一种系统资源，一般0-1023被系统程序所使用
• TCP端口号和UDP端口号独立，互不影响
    端口号可以用来代表主机内部的某个套接字。换句话说，当一个套接字建立好，需要和某个IP和端口号进行绑定，这样双方才能实现端到端的通信。
• 字节序是指计算机中多字节整形数据的存储方式。
• 字节序有两种：大端序和小端序。
  字节序转换函数： htons(); ntohs(); htonl(); ntohl();

h:	主机host
to: 转换
s:	short类型
l:	long类型
n:	network网络

#include 
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
参数：
	hostshort	主机字节序的 16bit数据
	hostlong	主机字节序的 32bit数据
	netshort	网络字节序的 16bit数据
	netlong		网络字节序的 32bit数据
返回值：
	成功返回 转换后的字节序值，失败返回 -1；

地址相关的数据结构

/* 通常地址结构 */
struct sockaddr {
	unsigned short sa_family; //地址族 AF_XXX
	char sa_data[14];	//14字节的协议地址
}

/* Internet协议地址结构 */
struct sockaddr_in
{
short int sin_family; //地址族 2bytes
unsigned short int sin_port;	//端口号 2bytes
struct in_addr sin_addr; //IPv4地址 4bytes
unsigned char sin_zero[8]; //填充0 以保持与struct sockaddr同样大小 8bytes
}

/* IPv4地址结构 */
struct in_addr {
	u_int32_t s_addr; /* 按网络字节次序(大端序)的地址 */
};

TCP

概述

  TCP，传输控制协议，是一种面向连接的传输层协议，向应用层提供可靠的面向连接的数据流传输服务。它能提供高可靠性通信（数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达）。

TCP编程

TCP服务器和客户端流程

相关函数接口

创建套接字：

#include            /* See NOTES */
#include 
int socket(int domain, int type,  int  protocol);
参数：
 domain：选择协议族
 	AF_UNIX      UNIX域协议：本地通信
 	AF_LOCAL     同AF_UNIX
     AF_INET      IPv4协议
 	AF_INET6     IPv6协议
 	AF_ROUTE	 路由套接字
     AF_KEY       密钥管理协议，密钥套接字

 type：选择套接字类型
 	SOCK_STREAM	流式套接字
 	SOCK_DGRAM	数据包datagram套接字
 	SOCK_RAW	原始套接字
 
 protocol：
 	0 (原始套接字除外)
返回值：
 	成功返回 套接字描述符，失败返回 -1；

绑定套接字：

/* bind 函数原型 */
#include 
#include 
int bind(int sockfd, struct sockaddr  *my_addr,  socklen_t addrlen);
参数：
	sockfd		套接字描述符
	my_addr		绑定客户端地址：不同协议族结构体定义不同,传参时需要强转为通用结构体
	addrlen		客户端地址信息长度

返回值：
	成功返回 0，失败返回 -1；

监听：

#include 
int listen(int sockfd, int backlog);
参数：
 	sockfd：	套接字描述符
 	backlog：能够同时监听的客户端个数（不是同时能连接的个数）
返回值：
 	成功返回 0，错误返回 -1；

接收客户端连接请求：

#include 
#include 
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数：
 	sockfd	socket返回的监听套接字描述符
 	addr	用于保存客户端地址信息，若不需要填NULL
	addrlen	客户端地址信息长度，若不需要填NULL
返回值：
 	错误返回 -1，正确返回 用于通信的套接字；

客户端向服务器请求连接：

#include           /* See NOTES */
#include 
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
参数：
 	sockfd	套接字描述符
 	addr	服务器端地址
 	addrlen	地址长度
返回值：
 	成功返回 0，失败返回 -1；

发送数据：

#include 
#include 
int send(int sockfd, const void *msg, size_t len, int flags);
参数：
 	sockfd	套接字描述符
 	msg		发送缓冲区的地址
 	len		发送数据的长度
 	flags	一般为 0
返回值：
 	成功返回 实际发送的字节数，失败返回 -1；

接收数据：

#include 
#include 
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
参数：
 	sockfd	套接字描述符
 	buf		存放接收数据的缓冲区
 	len		接收数据的长度
 	flags	一般为0
返回值：
 	成功返回 实际收到的字节数，失败返回 -1；

UDP

概述

  UDP，用户数据报协议，是一种面向无连接的不可靠传输层协议。具有资源消耗小，处理速度快的特点。
  由于UDP通信之前不需要先建立一个连接，因此UDP应用要比TCP应用更加简单，高效，也能更好的解决实时性问题。

UDP编程

UDP服务器和客户端流程

UDP服务器流程：

• socket();
• bind();
• recvfrom(); / sendto();
• close();

UDP客户端流程

• socket();
• recvfrom(); / sendto();
• close();

相关函数接口

一些函数同上，介绍两个一般用于UDP接收发送的函数，也可用于TCP。
接收数据：

#include 
#include 
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

参数：
    sockfd		socket函数的返回值，套接字描述符
    buf			接收数据的缓冲区地址
    len			接收数据的大小
    flags		一般为 0
    src_addr	发送端的结构体的地址	
    addrlen		发送端的结构体长度的地址

返回值：
    成功返回接收的字节数，失败返回 -1

发送数据：

#include 
#include 
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
参数：
    sockfd		socket函数的返回值，套接字描述符
    buf			发送数据的缓冲区
    len			发送数据的大小
    flags		一般为 0
    dest_addr	接收端的结构体的地址
    addrlen		接收端的结构体长度的地址
返回值：
	成功返回发送的字节数，失败返回 -1