网络编程4:Linux提供的API简析(针对Socket服务器和客户端的开发步骤)

Linux提供的API简析(针对Socket服务器和客户端的开发步骤)

1.连接协议:(TCP/UDP)

//创建套接字
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain,int type,int protocol);
返回sockfd---失败返回-1

domain:
指明所使用的协议族,通常为AF_INET,表示互联网协议族(TCP/IP协议族);

AF_INET IPV4 因特网域
AF_INET6 IPV6 因特网域
AF_UNIX unix 域
AF_ROUTE 路由套接字
AF_KEY 密钥套接字
AF_UNSPEC 未指定

type参数指定socket的类型:
SOCK_STREAM:
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
SOCK_DGRAM:
数据报套接字定义了一种无连接的服务器,数据通过相互独立的报文进行传输,是无序的,并不保证可靠性,无差错的,它使用数据报协议UDP
SOCK_RAW
允许程序使用底层协议,原始套接字运行对底层协议如IP或者ICMP进行直接访问,功能强大但使用较为不便,主要用于一些协议的开发


protocol
通常赋值为“0
0选择type类型对应的默认协议
== IPPROTO_TCP TCP 传输协议==
IPPROTO_UDP UDP 传输协议
IPPROTO_SCTP SCTP 传输协议
IPPROTO_TIPC TIPC 传输协议

2.IP号端口号与相应描述字赋值函数:bind()函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

功能:用于绑定IP地址和端口号到socketfd
参数:
sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址
addrlen:对应的是地址的长度。

协议地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同,如ipv4对应的是:

struct sockaddr_in {
    
    
    sa_family_t    sin_family; //协议族
    in_port_t      sin_port;   //端口号
    struct in_addr sin_addr;   //IP地址结构体
};
struct in_addr {
    
    
    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
};

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址==(如ip地址+端口号)==,用于提供服务,客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定,有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。

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3.listen()监听函数、connect()连接函数

如果作为一个服务器,在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
  
4.accept()接收请求函数

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后,就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后,就会调用accept()函数取接收请求,这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了,即类同于普通文件的读写I/O操作。

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //返回连接connect_fd

函数的三个参数分别为:

sockfd: 就是上面解释中的监听套接字,这个套接字用来监听一个端口,当有一个客户与服务器连接时,它使用这个一个端口号,而此时这个端口号正与这个套接字关联。当然客户不知道套接字这些细节,它只知道一个地址和一个端口号。
addr: 这是一个结果参数,它用来接受一个返回值,这返回值指定客户端的地址,当然这个地址是通过某个地址结构来描述的,用户应该知道这一个什么样的地址结构。如果对客户的地址不感兴趣,那么可以把这个值设置为NULL。
len: 如同大家所认为的,它也是结果的参数,用来接受上述addr的结构的大小的,它指明addr结构所占有的字节个数。同样的,它也可以被设置为NULL。

如果accept成功返回,则服务器与客户已经正确建立连接了,此时服务器通过accept返回的套接字来完成与客户的通信。

注意
accept默认会阻塞进程,直到有一个客户连接建立后返回,它返回的是一个新可用的套接字,这个套接字是连接套接字。

此时我们需要区分两种套接字:

监听套接字: 监听套接字正如accept的参数sockfd,它是监听套接字,在调用listen函数之后,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字(监听套接字)
连接套接字:一个套接字会从主动连接的套接字变身为一个监听套接字;而accept函数返回的是已连接socket描述字(一个连接套接字),它代表着一个网络已经存在的点点连接。

一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。

连接套接字socketfd_new 并没有占用新的端口与客户端通信,依然使用的是与监听套接字socketfd一样的端口号。
  
5.read()、write()等函数

网络I/O操作有下面几组:

read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()

6.close函数

int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭,然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用,也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意:close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1,只有当引用计数为0的时候,才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

7.地址转换API:

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
//把字符串形成的“192.168.1.123”转为网络能识别的格式
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
//把网络格式的ip地址转化为字符串形式

8.字节序转换API:

#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);//返回网络字节序的值
uint16_t htons(uint16_t hostshort);//返回网络字节序的值
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);//返回主机字节序的值uint32_t
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);//返回主机字节序的值

h代表host,n代表net,s代表short(两个字节),l代表long(4个字节);通过上面4个函数可以实现主机字节序和网络字节序之间的转换。有时可以用INADDR_ANY, INADDR_ANY指定地址让操作系统自己获取。

通过以上API可以完成客户端和服务端之间的代码编写

代码实现见下一节网络编程5讲解

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转载自blog.csdn.net/weixin_40734514/article/details/108555217