网络编程打开的第一节预备课-----关于socket
一、引言
传统的进程间通信借助内核提供的 IPC 机制进行, 但是只能限于本机通信, 若
要跨机通信, 就必须使用网络通信，比如之前在操作系统学习到的pipe通信，这是一个本机通信，是最基本的IPC机制进行的。
socket网络通信和pipe通信的区别在于：
1. socket可以建立一个socket pair，使用文件描述符操作两个缓冲区，而pipe是两个文件描述符操作一个内核缓冲区。
2. 在网络传输中，需要考虑大端和小端的问题，而pipe通信则不需要。
3. socket通信适用于跨机通信，而pipe通信只能限于本机通信。
二、socket 编程预备知识
网络字节序:
大端和小端的概念
大端: 低位地址存放高位数据, 高位地址存放低位数据
小端: 低位地址存放低位数据, 高位地址存放高位数据
大端和小端只是对数据类型长度是两个及以上的, 如 int short, 对于单字节
没限制, 在网络中经常需要考虑大端和小端的是 IP 和端口.
比如：0x12345678 如何存放？
将十六进制数 0x12345678 拆分成四个字节，分别为 0x12、0x34、0x56、0x78。
按照大端：0x12345678。
按照小端：0x78563412
如何测试本机是否是大端还是小端
#include
int main() {
union {
int i;
char c[4];
} endianTest;
endianTest.i = 1;
if (endianTest.c[0] == 1) {
printf("本机是小端模式\n");
} else {
printf("本机是大端模式\n");
}
return 0;
}
网络传输用的是大端法, 如果机器用的是小端法, 则需要进行大小端的转换.
下面 4 个函数就是进行大小端转换的函数:
#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);
函数名的 h 表示主机 host, n 表示网络 network, s 表示 short, l 表示 long
IP地址转换函数:
（1）int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
函数说明: 将字符串形式的点分十进制IP转换为大端模式的网络IP(整形4字节数)
参数说明:
af: AF_INET（指定要使用的地址族类型）
src: 字符串形式的点分十进制的IP地址
dst: 存放转换后的变量的地址
例如: inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);
手工也可以计算: 如192.168.232.145, 先将4个正数分别转换为16进制数,
192--->0xC0 168--->0xA8 232--->0xE8 145--->0x91
最后按照大端字节序存放: 0x91E8A8C0, 这个就是4字节的整形值.
（2）const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
函数说明: 网络IP转换为字符串形式的点分十进制的IP
参数说明:
af: AF_INET
src: 网络的整形的IP地址
dst: 转换后的IP地址,一般为字符串数组
size: dst的长度
返回值:
成功--返回指向dst的指针
失败--返回NULL, 并设置errno
例如: IP地址为010aa8c0, 转换为点分十进制的格式:
01---->1 0a---->10 a8---->168 c0---->192
由于从网络中的IP地址是高端模式, 所以转换为点分十进制后应该为: 192.168.10.1
通过man 7 ip可以查看相关说明：
struct sockaddr结构说明:
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
}
struct sockaddr_in结构:
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 */
}; //网络字节序IP--大端模式
三、主要socket函数API介绍
（1）int socket(int domain, int type, int protocol);
函数描述: 创建socket
参数说明:
domain: 协议版本
AF_INET IPV4
AF_INET6 IPV6
AF_UNIX AF_LOCAL本地套接字使用
type:协议类型
SOCK_STREAM 流式, 默认使用的协议是TCP协议
SOCK_DGRAM 报式, 默认使用的是UDP协议
protocal:
一般填0, 表示使用对应类型的默认协议.
返回值:
成功: 返回一个大于0的文件描述符
失败: 返回-1, 并设置errno
当调用socket函数以后, 返回一个文件描述符, 内核会提供与该文件描述符相对应的读和写缓冲区, 同时还有两个队列, 分别是请求连接队列和已连接队列.
（2）int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数描述: 将socket文件描述符和IP,PORT绑定
参数说明:
socket: 调用socket函数返回的文件描述符
addr: 本地服务器的IP地址和PORT,
struct sockaddr_in serv;
serv.sin_family = AF_INET;
serv.sin_port = htons(8888);
//serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//INADDR_ANY: 表示使用本机任意有效的可用IP
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);
addrlen: addr变量的占用的内存大小
返回值:
成功: 返回0
失败: 返回-1, 并设置errno
（3）int listen(int sockfd, int backlog);
函数描述: 将套接字由主动态变为被动态
参数说明:
sockfd: 调用socket函数返回的文件描述符
backlog: 同时请求连接的最大个数(还未建立连接)
返回值:
成功: 返回0
失败: 返回-1, 并设置errno
（4）int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
函数说明:获得一个连接, 若当前没有连接则会阻塞等待.
函数参数:
sockfd: 调用socket函数返回的文件描述符
addr: 传出参数, 保存客户端的地址信息
addrlen: 传入传出参数, addr变量所占内存空间大小
返回值:
成功: 返回一个新的文件描述符,用于和客户端通信
失败: 返回-1, 并设置errno值.
accept函数是一个阻塞函数, 若没有新的连接请求, 则一直阻塞.
从已连接队列中获取一个新的连接, 并获得一个新的文件描述符, 该文件描述符用于和客户端通信. (内核会负责将请求队列中的连接拿到已连接队列中)
（5）int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数说明: 连接服务器
函数参数:
sockfd: 调用socket函数返回的文件描述符
addr: 服务端的地址信息
addrlen: addr变量的内存大小
返回值:
成功: 返回0
失败: 返回-1, 并设置errno值
接下来就可以使用write和read函数进行读写操作了.
除了使用read/write函数以外, 还可以使用recv和send函数
读取数据和发送数据:
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
对应recv和send这两个函数flags直接填0就可以了.
注意: 如果写缓冲区已满, write也会阻塞, read读操作的时候, 若读缓冲区没有数据会引起阻塞.
使用socket的API函数编写服务端和客户端程序的步骤图示:
测试过程中可以使用netstat命令查看监听状态和连接状态
netstat命令:
a表示显示所有,
n表示显示的时候以数字的方式来显示
p表示显示进程信息(进程名和进程PID）
常用的netstat -anp | grep 8888 可以查看端口为8888的网络连接状态
四、服务端和客户端代码
客户端代码：
//客户端代码
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
//创建socket---用于和服务端进行通信
int cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(cfd<0)
{
perror("socket error");
return -1;
}
//连接服务端
//int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
struct sockaddr_in serv;
serv.sin_family = AF_INET;
serv.sin_port = htons(8888);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);
printf("[%x]\n", serv.sin_addr.s_addr);
int ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));
if(ret<0)
{
perror("connect error");
return -1;
}
int n = 0;
char buf[256];
while(1)
{
printf("请输入字符串:\n");
//读标准输入数据
memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
//发送数据
write(cfd, buf, n);
//读服务端发来的数据
memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
if(n<=0)
{
printf("read error or server closed, n==[%d]\n", n);
break;
}
printf("转化为大写的符串为：%s\n",buf);
}
//关闭套接字cfd
close(cfd);
return 0;
} 服务端代码：
//服务端程序
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
int lfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(lfd < 0)
{
perror("socket error");
return -1;
}
struct sockaddr_in serv;
bzero(&serv,sizeof(serv));
serv.sin_family = AF_INET;
serv.sin_port = htons(8888);
serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int ret = bind(lfd,(struct sockaddr *)&serv,sizeof(serv));
if(ret<0)
{
perror("bind error");
return -1;
}
listen(lfd,128);
struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);
int cfd = accept(lfd,(struct sockaddr*)&client,&len);
int i;
int n;
char buf[1024];
while(1)
{
//读数据
memset(buf,0x00,sizeof(buf));
n = read(cfd,buf,sizeof(buf));
if(n <= 0)
{
printf("read error or client close n == [%d]\n",n);
break;
}
printf("n == [%d],buf == [%s]\n",n,buf);
for(i = 0;i < n;i ++)
{
buf[i] = toupper(buf[i]);
}
write(cfd,buf,n);
}
close(lfd);
close(cfd);
} 按照上面代码，先启动服务端代码，再去启动客户端代码，根据客户端代码提示，完成客户端实现大小写字母转化