[原]Linux网络编程学习笔记

我们要讨论的第一个结构类型是：struct sockaddr，该类型是用来保存socket信息的：

struct sockaddr {
      unsigned short sa_family; /* 地址族， AF_xxx */
        char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */

          };
sa_family一般为AF_INET；sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。
另外还有一种结构类型：
struct sockaddr_in {
      short int sin_family; /* 地址族 */
      unsigned short int sin_port; /* 端口号 */
      struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */
      unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持与struct sockaddr同样大小 */
      };
这个结构使用更为方便。sin_zero(它用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr同样的长度)应该用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换，这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时，你可以在函数调用的时候将一个指向 sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针；或者相反。sin_family通常被赋AF_INET； sin_port和 sin_addr应该转换成为网络字节优先顺序；而sin_addr则不需要转换。

打开socket 描述符、建立绑定并建立连接

  1.  socket函数原型为：

int socket(int domain, int type, int protocol);
domain参数指定socket的类型，一般为AF_INET，type可以是SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，分别表示TCP连接和UDP连接；protocol通常赋值"0"。Socket()调用返回一个整型socket描述符，你可 以在后面的调用使用它。
一旦通过socket调用返回一个socket描述符，你应该将该socket与你本机上的一个端口相关联（ 往往当你在设计服务器端程序时需要调用该函数。随后你就可以在该端口监听服务请求;而客户端一般无须调用该函数）。

 
2.    Bind函数原型为：

int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
Sockfd是一个socket描述符， my_addr是一个指向包含有本机(服务器)IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针;addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。
最后，对于bind 函数要说明的一点是，你可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号：
my_addr.sin_port = 0; /* 系统随机选择一个未被使用的端口号 */
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本机IP地址 */
通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样， 通过将 my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY，系统会自动填入本机IP地址。Bind()函数在成功被调用时返回0；遇到错 误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号。另外要注意的是，当调用函数时，一般不要将端口号置为小于1024的值，因为1~1024是保留端口号，你可以使用大于1024中任何一个没有被占用的端口号。

  3.   Connect()函数用来与远端服务器建立一个TCP连接，其函数原型为：
int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);
Sockfd是目的服务器的sockt描述符； serv_addr是包含目的机IP地址和端口号的指针。遇到错误时返回-1，并且errno中包含相应 的错误码。 进行客户端程序设计无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，内核会自动选择一个未被占用的端口供客户端来使用。

 4.Listen()——监听是否有服务请求
在服务器端程序中，当socket与某一端口捆绑以后，就需要监听该端口，以便对到达的服务请求加以处理。
int listen(int sockfd， int backlog);
Sockfd是Socket系统调用返回的socket 描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept()它们
Backlog对队列中等待 服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。当listen遇到错误时返回-1，errno被置为相应的错误码。

 5.accept()——连接端口的服务请求。
当某个客户端试图与服务器监听的端口连接时，该连接请求将排队等待服务器 accept()它。通过调用accept()函数为其建立一个连接， accept()函数将返回一个新的socket描述符，来供这个新连接来使用。而 服务器可以继续在以前的那个 socket上监听，同时可以在新的socket描述符上进行数据send()（发送）和recv()（接收）操作：
int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);
sockfd是被监听的socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息 （某台主机从某个端口发出该请求）；addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。错误发生时返回一个-1并且设置相应的errno值。

6.Send()和recv()——TCP数据传输 (也可以用read()或write()代替)

这两个函数是用于面向连接的socket上进行数据传输。

Send()函数原型为：

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符，msg是一个指向要发送数据的指针。
Len是以字节为单位的数据的长度。flags一般情况下置为0（关于该参数的用法可参照man手册）。
char *msg = "Beej was here!"; int len， bytes_sent; ... ...
len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0); ... ...
Send()函数返回实际上发送出的字节数，可能会少于你希望发送的数据。所以需要对send()的返回值进行测量。当send()返回值与len不匹配时，应该对这种情况进行处理。

recv()函数原型为：
int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);
Sockfd是接受数据的socket描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。Flags也被置为0。Recv()返回实际上接收的字节数，或当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。

7.Sendto()和recvfrom()—— 利用数据报方式进行数据传输

在无连接的数据报socket方式下，由于本地socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址，sendto()函数原型为：
int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);
该函数比send()函数多了两个参数， to表示目地机的IP地址和端口号信息，而 tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。

Recvfrom()函数原型为：
int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen);
from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof(struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节数或 当出现错误时返回-1，并置相应的errno。
应注意的一点是，当你对于数据报socket调用了connect()函数时，你也可以利用send()和recv()进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。

8.Close()和shutdown()——结束数据传输
当所有的数据操作结束以后，你可以调用close()函数来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作：close(sockfd);
你也可以调用shutdown()函数来关闭该socket。 该函数允许你只停止在某个方向上的数据传输，而一个方向上的数据传输继续进行。如你可以关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据，直至读入所有数据。

int shutdown(int sockfd,int how);
Sockfd的含义是显而易见的，而参数 how可以设为下列值：
·0-------不允许继续接收数据
·1-------不允许继续发送数据
·2-------不允许继续发送和接收数据，均为允许则调用close ()
shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1（并置相应errno）。

故服务器端程序通常按下列顺序进行函数调用：
socket(); bind(); listen(); /* accept() goes here */;close();

9.计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换。
通过套接字接口传递的端口号和地址都是二进制的数字。
我们下面讨论几个字节顺序转换函数：
＃include <netinet/in.h>
htons()--"Host to Network Short" ; htonl()--"Host to Network Long"  主机字节序-->网络字节序
ntohs()--"Network to Host Short" ; ntohl()--"Network to Host Long"  网络字节序-->主机字节序
在这里， h表示"host" ，n表示"network"，s 表示"short"，l表示 "long"。

以下三个函数实现在点分十进制数串("10.0.0.1")与32位的网络字节序二进制间的转换（对IPV4适用）
//const char *strpr为ASCII字符串
#include <arpa/inet.h>

int inet_aton(const char *strptr,struct in_addr *addrptr);  addrptr指针存储转换后的网络字节序地址

in_addr_t inet_addr(const char *strpr); 成功则返回网络字节序地址，错误返回errno

char * inet_ntoa(struct in_addr inaddr);  网络字节序转换为可打印的ASCII字符串地址(点分十进制数串)
 inet_aton( );  与上面的作用相反

以下两个函数对IPV4和IPV6都可以处理：p:ASCII表达式;n:网络字节序
family可为：AF_INET或AF_INET6
#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int family,const char *strptr,void *addrptr);

const char * inet_ntop(int family,const void *addrptr,char *strptr,size_t len);

字节转换函数总结：

数值格式(网络字节序)：                                               表达格式：(字符串"10.0.0.1")
                              inet_ntop,inet_ntoa
                     ---------------------------------------->  

 in_addr{}           inet_pton, inet_aton, inet_addr              点分十进制IPV4地址
                     <-----------------------------------------

                      
10.DNS——域名服务相关函数
由于IP地址难以记忆和读写，所以为了读写记忆方便，人们常常用域名来表示主机，这就需要进行域名和IP地址的转换。函数gethostbyname()就是完成这种转换的，函数原型为：
struct hostent *gethostbyname(const char *name);
函数返回一种名为hosten的结构类型，它的定义如下：
struct hostent {
     char *h_name; /* 主机的官方域名 */
     char **h_aliases; /* 一个以NULL结尾的主机别名数组 */
     int h_addrtype; /* 返回的地址类型，在Internet环境下为AF-INET */
     int h_length; /*地址的字节长度 */
     char **h_addr_list; /* 一个以0结尾的数组，包含该主机的所有地址*/
     };
#define h_addr h_addr_list[0] /*在h-addr-list中的第一个地址*/

例子：
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.hinet_addr>
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    char *host, **names, **addrs;
    struct hostent *hostinfo;

/*  Set the host in question to the argument supplied with the getname call,
    or default to the user's machine.  */

    if(argc == 1) {
        char myname[256];
        gethostname(myname, 255);  //将当前主机的名字写入name指向的字符串中,myname为一指针
        host = myname;  //默认设置为用户主机的主机名
    }
    else
        host = argv[1];

/*  Make the call to gethostbyname and report an error if no information is found.  */

     hostinfo = gethostbyname(host);   //调用gethostbyname获得相应的主机信息 :例如localhost或www.sina.com
    if(!hostinfo) {
        fprintf(stderr, "cannot get info for host: %s\n", host);
        exit(1);
    }

/*  Display the hostname and any aliases it may have.  */

    //显示主机名和它所有的别名
    printf("results for host %s:\n", host);   
    printf("Name: %s\n", hostinfo -> h_name);
    printf("Aliases:");
    names = hostinfo -> h_aliases;
    while(*names) {
        printf(" %s", *names);
        names++;
    }
    printf("\n");

/*  Warn and exit if the host in question isn't an IP host.  */
    //若查询的主机不是一个IP主机，就发出警告并退出

    if(hostinfo -> h_addrtype != AF_INET) {
        fprintf(stderr, "not an IP host!\n");
        exit(1);
    }

/*  Otherwise, display the IP address(es).  */

    addrs = hostinfo -> h_addr_list;
    while(*addrs) {
        //char *inet_ntoa(struct in_add in)
        printf(" %s", inet_ntoa(*(struct in_addr *)*addrs));   //inet_ntoa:网络字节序列转换为可打印的字符串
        addrs++;
    }
    printf("\n");
    exit(0);
}