socket通信

Socket通信三要素

1>通信目的地址
2>使用的端口号
3>使用传输层协议(tcp,udp)

socket通讯创建流程图

sockaddr 数据结构

struct sockaddr {
	sa_family_t sa_family; /* address family, AF_xxx */
    char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */
};
struct sockaddr_in {
	sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
	in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
	struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
	uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};

IPv4 的地址格式定义在 netinet/in.h 中，IPv4 地址用 sockaddr_in 结构体表示，
包括 16 位端口号和 32 位 IP 地址，但是 sock API 的实现早于 ANSI C 标准化，
那时还没有 void *类型，因此这些像 bind 、accept 函数的参数都用 struct
sockaddr *类型表示，在传递参数之前要强制类型转换一下

struct sockaddr_in servaddr;
bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

IP 地址转换函数

#include 
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

af 取值可选为 AF_INET 和 AF_INET6 ，即和 ipv4 和 ipv6 对应
支持 IPv4 和 IPv6
其中 inet_pton 和 inet_ntop 不仅可以转换 IPv4 的 in_addr，还可以转换 IPv6
的 in6_addr。
因此函数接口是 void *addrptr。

#include 
#include 
#include 
int main(void){
char ip[]="2.3.4.5";
char server_ip[64];
struct sockaddr_in server_addr;
inet_pton(AF_INET, ip, &server_addr.sin_addr.s_addr);
printf("s_addr : %x\n", server_addr.sin_addr.s_addr);
printf("s_addr from net to host: %x\n", ntohl(server_addr.sin_addr.s_addr));
inet_ntop(AF_INET, &server_addr.sin_addr.s_addr, server_ip, 64);
printf("server ip : %s\n", server_ip);
printf("INADDR_ANY: %d\n", INADDR_ANY);
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
inet_ntop(AF_INET, &server_addr.sin_addr.s_addr, server_ip, 64);
printf("INADDR_ANY ip : %s\n", server_ip);
return 0;
}

Socket 编程函数

socket 函数

#include 
#include 
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain:
AF_INET 这是大多数用来产生 socket 的协议，使用 TCP 或 UDP 来传输，用
IPv4 的地址

type:
SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连
接。这是一个使用最多的 socket 类型，这个 socket 是使用 TCP 来进行传输。

SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠
的，使用 UDP 来进行它的连接。

protocol:
传 0 表示使用默认协议。
返回值：
成功：返回指向新创建的 socket 的文件描述符，失败：返回-1，设置 errno

bind 函数

#include  
#include 
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd：
socket 文件描述符
addr:
构造出 IP 地址加端口号
addrlen:
sizeof(addr)长度
返回值：
成功返回 0，失败返回-1, 设置 errno

服务器程序所监听的网络地址和端口号通常是固定不变的，客户端程序得知
服务器程序的地址和端口号后就可以向服务器发起连接，因此服务器需要调用
bind 绑定一个固定的网络地址和端口号。

bind()的作用是将参数 sockfd 和 addr 绑定在一起，使 sockfd 这个用于网
络通讯的文件描述符监听 addr 所描述的地址和端口号

struct sockaddr *是一个通用指针类型，addr 参数实际上可以接受多种协议的 sockaddr结构体，而它们的长度各不相同，所以需要第三个参数 addrlen 指定结构体的长度。如：

struct sockaddr_in servaddr;
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(6666);

首先将整个结构体清零，然后设置地址类型为 AF_INET，网络地址为 INADDR_ANY，
这个宏表示本地的任意 IP 地址，因为服务器可能有多个网卡，每个网卡也可能
绑定多个 IP 地址，这样设置可以在所有的 IP 地址上监听，直到与某个客户端建
立了连接时才确定下来到底用哪个 IP 地址，端口号为 6666。

listen 函数

#include  
#include 
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd:
socket 文件描述符
backlog:
在 Linux 系统中，它是指排队等待建立 3 次握手队列长度

查看系统默认 backlog

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog

改变 系统限制的 backlog 大小

vim /etc/sysctl.conf

最后添加
net.core.somaxconn = 1024
net.ipv4.tcp_max_syn_backlog = 1024

保存，然后执行
sysctl -p

accept 函数

#include  
#include 
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockdf:
socket 文件描述符
addr:
传出参数，返回链接客户端地址信息，含 IP 地址和端口号
addrlen:
传入传出参数（值-结果）,传入 sizeof(addr)大小，函数返回时返回真
正接收到地址结构体的大小
返回值：
成功返回一个新的 socket 文件描述符，用于和客户端通信，失败返回-1，
设置 errno

三次握手完成后，服务器调用 accept()接受连接，如果服务器调用 accept()
时还没有客户端的连接请求，就阻塞等待直到有客户端连接上来。addr 是一个
传出参数，accept()返回时传出客户端的地址和端口号。addrlen 参数是一个传
入传出参数（value-result argument），传入的是调用者提供的缓冲区 addr
的长度以避免缓冲区溢出问题，传出的是客户端地址结构体的实际长度（有可能
没有占满调用者提供的缓冲区）。如果给 addr 参数传 NULL，表示不关心客户端
的地址。

connect 函数

#include  
#include 
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t
addrlen);
sockdf:
socket 文件描述符
addr:
传入参数，指定服务器端地址信息，含 IP 地址和端口号
addrlen:
传入参数,传入 sizeof(addr)大小
返回值：
成功返回 0，失败返回-1，设置 errno

客户端需要调用 connect()连接服务器，connect 和 bind 的参数形式一致，
区别在于bind的参数是自己的地址，而connect的参数是对方的地址。connect()
成功返回 0，出错返回-1。

出错处理函数

#include 
#include 
char *strerror(int errnum); /* See NOTES */
errnum:
传入参数,错误编号的值，一般取 errno 的值
返回值：
错误原因
适合将错误写到日志文件中

#include 
#include 
void perror(const char *s); /* See NOTES */
s:
传入参数,自定义的描述
返回值：
无
向标准出错 stderr 输出出错原因
适合自己看哪错了

简单代码示例

客户端

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include 

#define SERVER_PORT 666
#define SERVER_IP "127.0.0.1"

int main(int argc,char *argv[]){
	
	int sockfd;
	char* message;	
	struct sockaddr_in servaddr;
	int n;
	char buf[64];

	if(argc != 2){
	fputs("Usage:./echo_client message\n",stderr);
	exit(1);
}

	message = argv[1];
	printf("message:%s\n",message);

	sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);	
	
	memset(&servaddr,'\0',sizeof(struct sockaddr_in));

	servaddr.sin_family = AF_INET;
	inet_pton(AF_INET,SERVER_IP,&servaddr.sin_addr);

	servaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

	connect(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));

	write(sockfd,message,strlen(message));
	n = read(sockfd,buf,sizeof(buf)-1);

	if(n > 0){
	  buf[n] = '\0';
	  printf("receive:%s\n",buf);
	}else{
	  perror("error!!!");
	}
	
	printf("finished.\n");
	close(sockfd);	

	return 0;
}

服务端

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

#define SERVER_PORT 666

int main(void)
{
	int sock;//代表信箱
	struct sockaddr_in server_addr;	

	//创建收件人
	sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

	//清空标签,写主地址和端口号
	bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));

	server_addr.sin_family = AF_INET;//选择协议族IPV4
	server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//监听本地所有IP地址
	server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);//网络端口号

	//服务器实现标签贴到收信的信箱上
	bind(sock,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));

	//把信箱挂置,准备收信同时来的信最多为多少
	listen(sock,128);

	//等待来信
	printf("等待客户端连接\n");

	int done = 1;

	while(done)
	{
		struct sockaddr_in client;
		int client_sock,len;		
		char client_ip[64];
		char buf[256];		

		socklen_t client_addr_len;
		client_addr_len = sizeof(client);
		client_sock = accept(sock,(struct sockaddr *)&client,&client_addr_len);

	//打印客户端IP地址和端口
	printf("client ip:%s,port:%d",inet_ntop(AF_INET,&client.sin_addr.s_addr,client_ip,sizeof(client_ip)),ntohs(client.sin_port));		
	//读取客户端发来的数据
	len = read(client_sock,buf,sizeof(buf)-1);
	
	buf[len] = '\0';	
	printf("recive:%s,size:%d\n",buf,len);	
	
	len = write(client_sock,buf,len);
	printf("write finished.len:%d\n",len);
	close(client_sock);
}	
	return 0;
}