网络编程初尝
- 网络字节序
- socket概念
Linux中的网络编程是通过socket接口来进行的。socket是一种特殊的I/O接口，它也是一种文件描述符。它是一种常用的进程之间通信机制，通过它不仅能实现本地机器上的进程之间的通信，而且通过网络能够在不同机器上的进程之间进行通信。
每一个socket都用一个半相关描述{协议、本地地址、本地端口}来表示；一个完整的套接字则用一个相关描述{协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口}来表示。socket也有一个类似于打开文件的函数调用，该函数返回一个整型的socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过socket来实现的；
- socket类型
流式套接字提供可靠的、面向连接的通信流；它使用TCP协议，从而保证了数据传输的正确性和顺序性。
数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证是可靠、无差错的。它使用数据报协议UDP。
原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP进行直接访问，它功能强大但使用较为不便，主要用于一些协议的开发。
- socket信息数据结构
{
unsigned short sa_family; /*地址族*/
char sa_data[14]; /*14字节的协议地址，包含该socket的IP地址和端口号。*/
};
struct sockaddr_in
{
short int sa_family; /*地址族*/ 16位
unsigned short int sin_port; /*端口号*/ 16位
struct in_addr sin_addr; /*IP地址*/ 32位IP地址
unsigned char sin_zero[8]; /*填充0 以保持与struct sockaddr同样大小*/
};
struct in_addr
{
unsigned long int s_addr; /* 32位IPv4地址，网络字节序 */
};
端口号用来标识运行在机器上的进程，取值范围0 ~ 65535，其中0 ~ 1024 为系统端口号，一般不使用
IP地址用来标识互联网上不同的设备，IPV4是32位，IPV6是128位
头文件<netinet/in.h>
sa_family:AF_INET :IPv4协议 AF_INET6 :IPv6协议
- 地址格式转换
将cp所指向的点分字符串转换成网络所使用的整型地址
成功返回对应整型，失败返回-1
- 网络编程
使用UDP协议流程图
相关API:
| socket（建立一个socket通信） |
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| 相关函数 |
accept，bind，connect，listen |
| 表头文件 |
#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> |
| 定义函数 |
int socket(int domain,int type,int protocol); |
| 函数说明 |
socket（）用来建立一个新的socket，也就是向系统注册，通知系统建立一通信端口。参数domain指定使用何种的地址类型，完整的定义在/usr/include/bits/socket.h内，底下是常见的协议： PF_UNIX/PF_LOCAL/AF_UNIX/AF_LOCAL UNIX进程通信协议 PF_INET?AF_INET Ipv4网络协议 PF_INET6/AF_INET6 Ipv6网络协议 PF_IPX/AF_IPX IPX-Novell协议 PF_NETLINK/AF_NETLINK 核心用户接口装置 PF_X25/AF_X25 ITU-T X.25/ISO-8208协议 PF_AX25/AF_AX25 业余无线AX.25协议 PF_ATMPVC/AF_ATMPVC 存取原始ATM PVCs PF_APPLETALK/AF_APPLETALK appletalk（DDP）协议 PF_PACKET/AF_PACKET 初级封包接口 参数type有下列几种数值： SOCK_STREAM 提供双向连续且可信赖的数据流，即TCP。支持OOB机制，在所有数据传送前必须使用connect（）来建立连线状态。 SOCK_DGRAM 使用不连续不可信赖的数据包连接 SOCK_SEQPACKET 提供连续可信赖的数据包连接 SOCK_RAW 提供原始网络协议存取 SOCK_RDM 提供可信赖的数据包连接 SOCK_PACKET 提供和网络驱动程序直接通信。 参数protocol用来指定socket所使用的传输协议编号，通常此参考不用管它，设为0即可。 |
| 返回值 |
成功则返回socket处理代码，失败返回-1。 |
| 错误代码 |
EPROTONOSUPPORT 参数domain指定的类型不支持参数type或protocol指定的协议 ENFILE 核心内存不足，无法建立新的socket结构 EMFILE 进程文件表溢出，无法再建立新的socket EACCESS 权限不足，无法建立type或protocol指定的协议 ENOBUFS/ENOMEM 内存不足 EINVAL 参数domain/type/protocol不合法 |
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常用实例：
int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sfd == -1)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
15.4.2 绑定地址
| bind（对socket定位） |
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| 相关函数 |
socket，accept，connect，listen |
| 表头文件 |
#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> |
| 定义函数 |
int bind(int sockfd,struct sockaddr * my_addr,int addrlen); |
| 函数说明 |
bind（）用来设置给参数sockfd的socket一个名称。此名称由参数my_addr指向一sockaddr结构，对于不同的socket domain定义了一个通用的数据结构： struct sockaddr { unsigned short int sa_family; char sa_data[14]; }; sa_family 为调用socket（）时的domain参数，即AF_xxxx值。 sa_data 最多使用14个字符长度。 此sockaddr结构会因使用不同的socket domain而有不同结构定义，例如使用AF_INET domain，其socketaddr结构定义便为： struct socketaddr_in { unsigned short int sin_family; uint16_t sin_port; struct in_addr sin_addr; unsigned char sin_zero[8]; }; struct in_addr { uint32_t s_addr; }; sin_family 即为sa_family sin_port 为使用的port编号 sin_addr.s_addr 为IP地址 sin_zero 未使用。 参数addrlen为sockaddr的结构长度。 |
| 返回值 |
成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中。 |
| 错误代码 |
EBADF 参数sockfd非合法socket处理代码。 EACCESS 权限不足 ENOTSOCK 参数sockfd为一文件描述词，非socket。 |
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常用实例：
struct sockaddr_in my_addr; //定义结构体变量
memset(&my_addr, 0, sizeof(struct sockaddr)); //将结构体清空
//或bzero(&my_addr, sizeof(struct sockaddr));
my_addr.sin_family = AF_INET; //表示采用Ipv4网络协议
my_addr.sin_port = htons(8888); //表示端口号为8888，通常是大于1024的一个值。
//htons()用来将参数指定的16位hostshort转换成网络字符顺序
my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.101"); // inet_addr()用来将IP地址字符串转换成网络所使用的二进制数字，如果为INADDR_ANY，这表示服务器自动填充本机IP地址。
if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&my_str, sizeof(struct socketaddr)) == -1)
{
perror("bind");
close(sfd);
exit(-1);
}
（注：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。）
15.4.3 监听
| listen（等待连接） |
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| 相关函数 |
socket，bind，accept，connect |
| 表头文件 |
#include<sys/socket.h> |
| 定义函数 |
int listen(int s,int backlog); |
| 函数说明 |
listen（）用来等待参数s的socket连线。参数backlog指定同时能处理的最大连接要求，如果连接数目达此上限则client端将收到ECONNREFUSED的错误。listen（）并未开始接收连线，只是设置socket为listen模式，真正接收client端连线的是accept（）。通常listen（）会在socket（），bind（）之后调用，接着才调用accept（）。 |
| 返回值 |
成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno |
| 附加说明 |
listen（）只适用SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKET的socket类型。如果socket为AF_INET则参数backlog最大值可设至128。 |
| 错误代码 |
EBADF 参数sockfd非合法socket处理代码 EACCESS 权限不足 EOPNOTSUPP 指定的socket并未支援listen模式。 |
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常用实例：
if(listen(sfd, 10) == -1)
{
perror("listen");
close(sfd);
exit(-1);
}
15.4.4 接受请求
| accept（接受socket连线） |
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| 相关函数 |
socket，bind，listen，connect |
| 表头文件 |
#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> |
| 定义函数 |
int accept(int s,struct sockaddr * addr,int * addrlen); |
| 函数说明 |
accept（）用来接受参数s的socket连线。参数s的socket必需先经bind（）、listen（）函数处理过，当有连线进来时accept（）会返回一个新的socket处理代码，往后的数据传送与读取就是经由新的socket处理，而原来参数s的socket能继续使用accept（）来接受新的连线要求。连线成功时，参数addr所指的结构会被系统填入远程主机的地址数据，参数addrlen为scokaddr的结构长度。关于结构sockaddr的定义请参考bind（）。 |
| 返回值 |
成功则返回新的socket处理代码，失败返回-1，错误原因存于errno中。 |
| 错误代码 |
EBADF 参数s非合法socket处理代码。 EFAULT 参数addr指针指向无法存取的内存空间。 ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket。 EOPNOTSUPP 指定的socket并非SOCK_STREAM。 EPERM 防火墙拒绝此连线 ENOBUFS 系统的缓冲内存不足 ENOMEM 核心内存不足。 |
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accept函数：接受远程计算机的连接请求，建立起与客户机之间的通信连接。服务器处于监听状态时，如果某时刻获得客户机的连接请求，此时并不是立即处理这个请求，而是将这个请求放在等待队列中，当系统空闲时再处理客户机的连接请求。当accept函数接受一个连接时，会返回一个新的socket标识符，以后的数据传输和读取就要通过这个新的socket编号来处理，原来参数中的socket也可以继续使用，继续监听其它客户机的连接请求。（也就是说，类似于移动营业厅，如果有客户打电话给10086，此时服务器就会请求连接，处理一些事务之后，就通知一个话务员接听客户的电话，也就是说，后面的所有操作，此时已经于服务器没有关系，而是话务员跟客户的交流。对应过来，客户请求连接我们的服务器，我们服务器先做了一些绑定和监听等等操作之后，如果允许连接，则调用accept函数产生一个新的套接字，然后用这个新的套接字跟我们的客户进行收发数据。也就是说，服务器跟一个客户端连接成功，会有两个套接字。）
常用实例：
struct sockaddr_in clientaddr;
memset(&clientaddr, 0, sizeof(struct sockaddr));
int addrlen = sizeof(struct sockaddr);
int new_fd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &addrlen);
if(new_fd == -1)
{
perror("accept");
close(sfd);
exit(-1);
}
printf("%s %d success connect\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port));
15.4.5连接服务器
| connect（建立socket连线） |
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| 相关函数 |
socket，bind，listen |
| 表头文件 |
#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> |
| 定义函数 |
int connect (int sockfd,struct sockaddr * serv_addr,int addrlen); |
| 函数说明 |
connect（）用来将参数sockfd的socket连至参数serv_addr指定的网络地址。结构sockaddr请参考bind（）。参数addrlen为sockaddr的结构长度。 |
| 返回值 |
成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中。 |
| 错误代码 |
EBADF 参数sockfd非合法socket处理代码 EFAULT 参数serv_addr指针指向无法存取的内存空间 ENOTSOCK 参数sockfd为一文件描述词，非socket。 EISCONN 参数sockfd的socket已是连线状态 ECONNREFUSED 连线要求被server端拒绝。 ETIMEDOUT 企图连线的操作超过限定时间仍未有响应。 ENETUNREACH 无法传送数据包至指定的主机。 EAFNOSUPPORT sockaddr结构的sa_family不正确。 EALREADY socket为不可阻断且先前的连线操作还未完成。 |
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常用实例：
struct sockaddr_in seraddr;//请求连接服务器
memset(&seraddr, 0, sizeof(struct sockaddr));
seraddr.sin_family = AF_INET;
seraddr.sin_port = htons(8888); //服务器的端口号
seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.101"); //服务器的ip
if(connect(sfd, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
perror("connect");
close(sfd);
exit(-1);
}
15.4.6 发送数据
| send（经socket传送数据） |
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| 相关函数 |
sendto，sendmsg，recv，recvfrom，socket |
| 表头文件 |
#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> |
| 定义函数 |
int send(int s,const void * msg,int len,unsigned int falgs); |
| 函数说明 |
send（）用来将数据由指定的socket传给对方主机。参数s为已建立好连接的socket。参数msg指向欲连线的数据内容，参数len则为数据长度。参数flags一般设0，其他数值定义如下： MSG_OOB 传送的数据以out-of-band送出。 MSG_DONTROUTE 取消路由表查询 MSG_DONTWAIT 设置为不可阻断运作 MSG_NOSIGNAL 此动作不愿被SIGPIPE信号中断。 |
| 返回值 |
成功则返回实际传送出去的字符数，失败返回-1。错误原因存于errno |
| 错误代码 |
EBADF 参数s非合法的socket处理代码。 EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间 ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket。 EINTR 被信号所中断。 EAGAIN 此操作会令进程阻断，但参数s的socket为不可阻断。 ENOBUFS 系统的缓冲内存不足 ENOMEM 核心内存不足 EINVAL 传给系统调用的参数不正确。 |
| sendto（经socket传送数据） |
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| 相关函数 |
send , sendmsg,recv , recvfrom , socket |
| 表头文件 |
#include < sys/types.h > #include < sys/socket.h > |
| 定义函数 |
int sendto ( int s , const void * msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr * to , int tolen ) ; |
| 函数说明 |
sendto () 用来将数据由指定的socket传给对方主机。参数s为已建好连线的socket,如果利用UDP协议则不需经过连线操作。参数msg指向欲连线的数据内容，参数flags一般设0，详细描述请参考send()。参数to用来指定欲传送的网络地址，结构sockaddr请参考bind().参数tolen为sockaddr的结果长度。 |
| 返回值 |
成功则返回实际传送出去的字符数，失败返回－1，错误原因存于errno 中。 |
| 错误代码 |
EBADF 参数s非法的socket处理代码。 EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间。 WNOTSOCK canshu s为一文件描述词，非socket。 EINTR 被信号所中断。 EAGAIN 此动作会令进程阻断，但参数s的soket为补课阻断的。 ENOBUFS 系统的缓冲内存不足。 EINVAL 传给系统调用的参数不正确。 |
常用实例：
if(send(new_fd, "hello", 6, 0) == -1)
{
perror("send");
close(new_fd);
close(sfd);
exit(-1);
}
15.4.7 接受数据
| recv（经socket接收数据） |
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| 相关函数 |
recvfrom，recvmsg，send，sendto，socket |
| 表头文件 |
#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> |
| 定义函数 |
int recv(int s,void *buf,int len,unsigned int flags); |
| 函数说明 |
recv（）用来接收远端主机经指定的socket传来的数据，并把数据存到由参数buf指向的内存空间，参数len为可接收数据的最大长度。 参数flags一般设0。其他数值定义如下： MSG_OOB 接收以out-of-band送出的数据。 MSG_PEEK 返回来的数据并不会在系统内删除，如果再调用recv（）会返回相同的数据内容。 MSG_WAITALL 强迫接收到len大小的数据后才能返回，除非有错误或信号产生。 MSG_NOSIGNAL 此操作不愿被SIGPIPE信号中断 |
| 返回值 |
成功则返回接收到的字符数，失败返回-1，错误原因存于errno中。 |
| 错误代码 |
EBADF 参数s非合法的socket处理代码 EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间 ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket。 EINTR 被信号所中断 EAGAIN 此动作会令进程阻断，但参数s的socket为不可阻断 ENOBUFS 系统的缓冲内存不足。 ENOMEM 核心内存不足 EINVAL 传给系统调用的参数不正确。 |
| recvfrom（经socket接收数据） |
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| 相关函数 |
recv，recvmsg，send，sendto，socket |
| 表头文件 |
#include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> |
| 定义函数 |
int recvfrom(int s,void *buf,int len,unsigned int flags ,struct sockaddr * from ,int *fromlen); |
| 函数说明 |
recv（）用来接收远程主机经指定的socket传来的数据，并把数据存到由参数buf指向的内存空间，参数len为可接收数据的最大长度。参数flags一般设0，其他数值定义请参考recv（）。参数from用来指定欲传送的网络地址，结构sockaddr请参考bind（）。参数fromlen为sockaddr的结构长度。 |
| 返回值 |
成功则返回接收到的字符数，失败则返回-1，错误原因存于errno中。 |
| 错误代码 |
EBADF 参数s非合法的socket处理代码 EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间。 ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket。 EINTR 被信号所中断。 EAGAIN 此动作会令进程阻断，但参数s的socket为不可阻断。 ENOBUFS 系统的缓冲内存不足 ENOMEM 核心内存不足 EINVAL 传给系统调用的参数不正确。 |
常用实例：
char buf[512] = {0};
if(recv(new_fd, buf, sizeof(buf), 0) == -1)
{
perror("recv");
close(new_fd);
close(sfd);
exit(-1);
}
puts(buf);