4.11 socket地址 4.12 IP地址转换函数 4.13TCP通信流程 4.14socket函数

4.11 socket地址

socket地址其实是一个结构体,封装端口号和IP等信息。后面的socket相关的api中需要使用到这个socket地址。
客户端 -> 服务器(IP, Port)

通用 socket地址

socket 网络编程接口中表示 socket 地址的是结构体 sockaddr,其定义如下:

#include 
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
};
typedef unsigned short int sa_family_t;

sa_family 成员是地址族类型(sa_family_t)的变量。地址族类型通常与协议族类型对应。常见的协议族(protocol family,也称 domain)和对应的地址族如下所示:
4.11 socket地址 4.12 IP地址转换函数 4.13TCP通信流程 4.14socket函数_第1张图片
宏 PF_* 和 AF_* 都定义在 bits/socket.h 头文件中,且后者与前者有完全相同的值,所以二者通常混用。
sa_data 成员用于存放 socket 地址值。但是,不同的协议族的地址值具有不同的含义和长度,如下所示:
4.11 socket地址 4.12 IP地址转换函数 4.13TCP通信流程 4.14socket函数_第2张图片
由上表可知,14 字节的 sa_data 根本无法容纳多数协议族的地址值。因此,Linux 定义了下面这个新的通用的 socket 地址结构体,这个结构体不仅提供了足够大的空间用于存放地址值,而且是内存对齐的。

#include 
struct sockaddr_storage
{
sa_family_t sa_family;
unsigned long int __ss_align;
char __ss_padding[ 128 - sizeof(__ss_align) ];
};
typedef unsigned short int sa_family_t;

专用 socket地址

很多网络编程函数诞生早于 IPv4 协议,那时候都使用的是 struct sockaddr 结构体,为了向前兼容,现在sockaddr 退化成了(void *)的作用,传递一个地址给函数,至于这个函数是 sockaddr_in 还是sockaddr_in6,由地址族确定,然后函数内部再强制类型转化为所需的地址类型。

4.11 socket地址 4.12 IP地址转换函数 4.13TCP通信流程 4.14socket函数_第3张图片
UNIX 本地域协议族使用如下专用的 socket 地址结构体:

#include 
struct sockaddr_un
{
sa_family_t sin_family;
char sun_path[108];
};

TCP/IP 协议族有 sockaddr_in 和 sockaddr_in6 两个专用的 socket 地址结构体,它们分别用于 IPv4 和IPv6:

#include 
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sin_family; /* __SOCKADDR_COMMON(sin_) */
in_port_t sin_port; /* Port number. */
struct in_addr sin_addr; /* Internet address. */
/* Pad to size of `struct sockaddr'. */
unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) - __SOCKADDR_COMMON_SIZE -
sizeof (in_port_t) - sizeof (struct in_addr)];
};
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
};
struct sockaddr_in6
{
sa_family_t sin6_family;
in_port_t sin6_port; /* Transport layer port # */
uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
uint32_t sin6_scope_id; /* IPv6 scope-id */
};
typedef unsigned short uint16_t;
typedef unsigned int uint32_t;
typedef uint16_t in_port_t;
typedef uint32_t in_addr_t;
#define __SOCKADDR_COMMON_SIZE (sizeof (unsigned short int))

所有专用 socket 地址(以及 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(强制转化即可),因为所有 socket 编程接口使用的地址参数类型都是 sockaddr。

4.12 IP地址转换函数

字符串ip-整数 ,主机、网络字节序的转换
通常,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。但编程中我们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,我们要把整数表示的 IP 地址转化为可读的字符串。下面 3 个函数可用于用点分十进制字符串表示的 IPv4 地址和用网络字节序整数表示的 IPv4 地址之间的转换:

#include 
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
char *inet_ntoa(struct in_addr in);

下面这对更新的函数也能完成前面 3 个函数同样的功能,并且它们同时适用 IPv4 地址和 IPv6 地址:

#include 
// p:点分十进制的IP字符串,n:表示network,网络字节序的整数
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
af:地址族: AF_INET AF_INET6
src:需要转换的点分十进制的IP字符串
dst:转换后的结果保存在这个里面
// 将网络字节序的整数,转换成点分十进制的IP地址字符串
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
af:地址族: AF_INET AF_INET6
src: 要转换的ip的整数的地址
dst: 转换成IP地址字符串保存的地方
size:第三个参数的大小(数组的大小)
返回值:返回转换后的数据的地址(字符串),和 dst 是一样的
#include 
#include 

int main() {

    // 创建一个ip字符串,点分十进制的IP地址字符串
    char buf[] = "192.168.1.4";
    unsigned int num = 0;

    // 将点分十进制的IP字符串转换成网络字节序的整数
    inet_pton(AF_INET, buf, &num);
    unsigned char * p = (unsigned char *)#
    printf("%d %d %d %d\n", *p, *(p+1), *(p+2), *(p+3));


    // 将网络字节序的IP整数转换成点分十进制的IP字符串
    char ip[16] = "";
    const char * str =  inet_ntop(AF_INET, &num, ip, 16);
    printf("str : %s\n", str);
    printf("ip : %s\n", str);
    printf("%d\n", ip == str);

    return 0;
}

显示结果:
4.11 socket地址 4.12 IP地址转换函数 4.13TCP通信流程 4.14socket函数_第4张图片

4.13TCP通信流程

4.11 socket地址 4.12 IP地址转换函数 4.13TCP通信流程 4.14socket函数_第5张图片
4.11 socket地址 4.12 IP地址转换函数 4.13TCP通信流程 4.14socket函数_第6张图片
bind()函数绑定服务端的ip和端口号,accept()函数是阻塞的,接受客户端连接请求,创建一个新的文件描述符fd用于读写缓冲区,与客户端进行通信。监听时的是另一个fd专门用来监听。

// TCP 通信的流程
// 服务器端 (被动接受连接的角色)
1. 创建一个用于监听的套接字
- 监听:监听有客户端的连接
- 套接字:这个套接字其实就是一个文件描述符
2. 将这个监听文件描述符和本地的IP和端口绑定(IP和端口就是服务器的地址信息)
- 客户端连接服务器的时候使用的就是这个IP和端口
3. 设置监听,监听的fd开始工作
4. 阻塞等待,当有客户端发起连接,解除阻塞,接受客户端的连接,会得到一个和客户端通信的套接字(fd)
5. 通信
- 接收数据
- 发送数据
6. 通信结束,断开连接
// 客户端
1. 创建一个用于通信的套接字(fd)
2. 连接服务器,需要指定连接的服务器的 IP 和 端口
3. 连接成功了,客户端可以直接和服务器通信
- 接收数据
- 发送数据
4. 通信结束,断开连接

4.14socket函数

#include 
#include 
#include  // 包含了这个头文件,上面两个就可以省略
int socket(int domain, int type, int protocol);
- 功能:创建一个套接字
- 参数:
- domain: 协议族
     AF_INET : ipv4
     AF_INET6 : ipv6
     AF_UNIX, AF_LOCAL : 本地套接字通信(进程间通信)
- type: 通信过程中使用的协议类型
     SOCK_STREAM : 流式协议
     SOCK_DGRAM : 报式协议
- protocol : 具体的一个协议。一般写0
    - SOCK_STREAM : 流式协议默认使用 TCP
    - SOCK_DGRAM : 报式协议默认使用 UDP
- 返回值:
    - 成功:返回文件描述符,操作的就是内核缓冲区。
    - 失败:-1

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); // socket命- 功能:绑定,将fd 和本地的IP + 端口进行绑定
- 参数:
- sockfd : 通过socket函数得到的文件描述符
- addr : 需要绑定的socket地址,这个地址封装了ip和端口号的信息
- addrlen : 第二个参数结构体占的内存大小

int listen(int sockfd, int backlog); // /proc/sys/net/core/somaxconn
- 功能:监听这个socket上的连接
- 参数:
- sockfd : 通过socket()函数得到的文件描述符
- backlog : 未连接的和已经连接的和的最大值, 5

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
- 功能:接收客户端连接,默认是一个阻塞的函数,阻塞等待客户端连接
- 参数:
- sockfd : 用于监听的文件描述符
- addr : 传出参数,记录了连接成功后客户端的地址信息(ip,port)
- addrlen : 指定第二个参数的对应的内存大小
- 返回值:
- 成功 :用于通信的文件描述符
- -1 : 失败

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
- 功能: 客户端连接服务器
- 参数:
   - sockfd : 用于通信的文件描述符
   - addr : 客户端要连接的服务器的地址信息
   - addrlen : 第二个参数的内存大小
- 返回值:成功 0, 失败 -1
 
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); // 写数据
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); // 读数据

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