SOCKET编程

网络字节序

IP地址转换函数

socket编程用到的重要的结构体:struct sockaddr

socket编程主要的API函数介绍

socket的API函数编写服务端和客户端程序的步骤图示

服务端开发流程

客户端的开发流程

服务端程序示例

客户端程序示例

SOCKET编程

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。( 本质上借助内核-内核提供了socket伪文件的机制实现通信----实际上是使用文件描述符)，这就需要用到内核提供给用户的socket API函数库

既然提到socket伪文件，所以可以使用文件描述符相关的函数read write

使用socket会建立一个socket pair

如下图，一个文件描述符操作两个缓冲区, 这点跟管道是不同的, 管道是两个文件描述符操作一个内核缓冲区.

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

大端和小端的使用使用场合：

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.

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 <arpa/inet.h>
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

上述的几个函数, 如果本来不需要转换函数内部就不会做转换.

IP地址转换函数

p->表示点分十进制的字符串形式

to->到

n->表示network网络
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

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.
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

socket编程用到的重要的结构体:struct sockaddr

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

通过man 7 ip可以查看相关说明

socket编程主要的API函数介绍

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
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
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
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)
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.

socket的API函数编写服务端和客户端程序的步骤图示

服务端开发流程

创建socket，返回一个文件描述符lfd---socket() --该文件描述符用于监听客户端连接

将lfd和IP PORT进行绑定----bind()

将lfd由主动变为被动监听----listen()

接受一个新的连接，得到一个文件描述符cfd----accept() ---该文件描述符是用于和客户端进行通信的

while(1)

{

接收数据---read或者recv

发送数据---write或者send

}

关闭文件描述符----close(lfd) close(cfd);

客户端的开发流程

创建socket, 返回一个文件描述符cfd---socket() --该文件描述符是用于和服务端通信

连接服务端---connect()

while(1)

{

//发送数据---write或者send

//接收数据---read或者recv

}

close(cfd)

服务端程序示例

//服务端程序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <ctype.h>

int main()
{
	//创建socket
	//int socket(int domain, int type, int protocol);
	int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(lfd<0)
	{
		perror("socket error");
		return -1;
	}
	
	//int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
	//绑定
	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); //表示使用本地任意可用IP
	int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));
	if(ret<0)
	{
		perror("bind error");	
		return -1;
	}

	//监听
	//int listen(int sockfd, int backlog);
	listen(lfd, 128);

	//int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
	struct sockaddr_in client;
	socklen_t len = sizeof(client);
	int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&client, &len);  //len是一个输入输出参数
	//const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
	
	//获取client端的IP和端口
	char sIP[16];
	memset(sIP, 0x00, sizeof(sIP));
	printf("client-->IP:[%s],PORT:[%d]\n", inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr.s_addr, sIP, sizeof(sIP)), ntohs(client.sin_port));
	printf("lfd==[%d], cfd==[%d]\n", lfd, cfd);

	int i = 0;
	int n = 0;
	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]);
		}

		//发送数据
		write(cfd, buf, n);
	}

	//关闭监听文件描述符和通信文件描述符
	close(lfd);
	close(cfd);
	
	return 0;
}

测试（使用测试工具nc）:

nc ip 端口号

客户端程序示例

//客户端代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

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)
	{
		//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("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
	}

	//关闭套接字cfd
	close(cfd);

	return 0;
}

测试（使用netstat）：

【注】：参考黑马linux C++教程

（网络编程笔记）：SOCKET编程

SOCKET编程

网络字节序

IP地址转换函数

socket编程用到的重要的结构体:struct sockaddr

socket编程主要的API函数介绍

socket的API函数编写服务端和客户端程序的步骤图示

服务端开发流程

客户端的开发流程

服务端程序示例

客户端程序示例

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