Linux学习笔记10 客户端服务端编程

socket模型创建流程图

 

socket API

socket函数

#include <sys/types.h> /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);

domain:

AF_INET 这是大多数用来产生socket的协议，使用TCP或UDP来传输，用IPv4的地址

AF_INET6 与上面类似，不过是来用IPv6的地址

AF_UNIX 本地协议，使用在Unix和Linux系统上，一般都是当客户端和服务器在同一台及其上的时候使用

type:

SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。

SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。

SOCK_SEQPACKET该协议是双线路的、可靠的连接，发送固定长度的数据包进行传输。必须把这个包完整的接受才能进行读取。

SOCK_RAW socket类型提供单一的网络访问，这个socket类型使用ICMP公共协议。（ping、traceroute使用该协议）

SOCK_RDM 这个类型是很少使用的，在大部分的操作系统上没有实现，它是提供给数据链路层使用，不保证数据包的顺序

protocol:

传0 表示使用默认协议。

返回值：

成功：返回指向新创建的socket的文件描述符，失败：返回-1，设置errno

socket()打开一个网络通讯端口，如果成功的话，就像open()一样返回一个文件描述符，应用程序可以像读写文件一样用read/write在网络上收发数据，如果socket()调用出错则返回-1。对于IPv4，domain参数指定为AF_INET。对于TCP协议，type参数指定为SOCK_STREAM，表示面向流的传输协议。如果是UDP协议，则type参数指定为SOCK_DGRAM，表示面向数据报的传输协议。protocol参数的介绍从略，指定为0即可。

sockaddr数据结构

struct sockaddr {

sa_family_t sa_family; /* address family, AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */

};

使用 sudo grep -r "struct sockaddr_in {"  /usr 命令可查看到struct sockaddr_in结构体的定义。一般其默认的存储位置：/usr/include/linux/in.h 文件中。或者man 7 ip

struct sockaddr_in {

__kernel_sa_family_t sin_family; /* Address family */   地址结构类型

__be16 sin_port;   /* Port number */ 端口号

struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ IP地址

/* Pad to size of `struct sockaddr'. */

unsigned char __pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) -

sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];

};

struct in_addr { /* Internet address. */

__be32 s_addr;

};

struct sockaddr_in6 {

unsigned short int sin6_family; /* AF_INET6 */

__be16 sin6_port; /* Transport layer port # */

__be32 sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */

struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */

__u32 sin6_scope_id; /* scope id (new in RFC2553) */

};

大小端转换函数

#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);

h表示host，指小端，n表示network指大端，l表示32位长整数，s表示16位短整数。

如果主机是小端字节序，这些函数将参数做相应的大小端转换然后返回，如果主机是大端字节序，这些函数不做转换，将参数原封不动地返回。

 

 

#include <arpa/inet.h>

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);//点分十进制转换成int型

const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);//int型转换成点分十进制

支持IPv4和IPv6

其中inet_pton和inet_ntop不仅可以转换IPv4的in_addr，还可以转换IPv6的in6_addr。

因此函数接口是void *addrptr。

bind函数

#include <sys/types.h> /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd：socket文件描述符

addr:构造出IP地址加端口号

addrlen:sizeof(addr)长度

返回值：成功返回0，失败返回-1, 设置errno

服务器程序所监听的网络地址和端口号通常是固定不变的，客户端程序得知服务器程序的地址和端口号后就可以向服务器发起连接，因此服务器需要调用bind绑定一个固定的网络地址和端口号。

bind()的作用是将参数sockfd和addr绑定在一起，使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听addr所描述的地址和端口号。前面讲过，struct sockaddr *是一个通用指针类型，addr参数实际上可以接受多种协议的sockaddr结构体，而它们的长度各不相同，所以需要第三个参数addrlen指定结构体的长度。如：

struct sockaddr_in servaddr;

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));

servaddr.sin_family = AF_INET;

servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

servaddr.sin_port = htons(6666);

首先将整个结构体清零，然后设置地址类型为AF_INET，网络地址为INADDR_ANY，这个宏表示本地的任意IP地址，因为服务器可能有多个网卡，每个网卡也可能绑定多个IP地址，这样设置可以在所有的IP地址上监听，直到与某个客户端建立了连接时才确定下来到底用哪个IP地址，端口号为6666。

listen函数

#include <sys/types.h> /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd:

socket文件描述符

backlog:

排队建立3次握手队列和刚刚建立3次握手队列的链接数和

查看系统默认backlog

cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog

典型的服务器程序可以同时服务于多个客户端，当有客户端发起连接时，服务器调用的accept()返回并接受这个连接，如果有大量的客户端发起连接而服务器来不及处理，尚未accept的客户端就处于连接等待状态，listen()声明sockfd处于监听状态，并且最多允许有backlog个客户端处于连接待状态，如果接收到更多的连接请求就忽略。listen()成功返回0，失败返回-1。

accept函数

#include <sys/types.h> /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

sockdf:

socket文件描述符

addr:

传出参数，返回链接客户端地址信息，含IP地址和端口号

addrlen:

传入传出参数（值-结果）,传入sizeof(addr)大小，函数返回时返回真正接收到地址结构体的大小

返回值：

成功返回一个新的socket文件描述符，用于和客户端通信，失败返回-1，设置errno

三方握手完成后，服务器调用accept()接受连接，如果服务器调用accept()时还没有客户端的连接请求，就阻塞等待直到有客户端连接上来。addr是一个传出参数，accept()返回时传出客户端的地址和端口号。addrlen参数是一个传入传出参数（value-result argument），传入的是调用者提供的缓冲区addr的长度以避免缓冲区溢出问题，传出的是客户端地址结构体的实际长度（有可能没有占满调用者提供的缓冲区）。如果给addr参数传NULL，表示不关心客户端的地址。

我们的服务器程序结构是这样的：

while (1) {

cliaddr_len = sizeof(cliaddr);

connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);

n = read(connfd, buf, MAXLINE);

......

close(connfd);

}

整个是一个while死循环，每次循环处理一个客户端连接。由于cliaddr_len是传入传出参数，每次调用accept()之前应该重新赋初值。accept()的参数listenfd是先前的监听文件描述符，而accept()的返回值是另外一个文件描述符connfd，之后与客户端之间就通过这个connfd通讯，最后关闭connfd断开连接，而不关闭listenfd，再次回到循环开头listenfd仍然用作accept的参数。accept()成功返回一个文件描述符，出错返回-1。

connect函数

#include <sys/types.h> /* See NOTES */

#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockdf:

socket文件描述符

addr:

传入参数，指定服务器端地址信息，含IP地址和端口号

addrlen:

传入参数,传入sizeof(addr)大小

返回值：

成功返回0，失败返回-1，设置errno

客户端需要调用connect()连接服务器，connect和bind的参数形式一致，区别在于bind的参数是自己的地址，而connect的参数是对方的地址。connect()成功返回0，出错返回-1。

 

程序实例

流程图：

/*服务端程序*/
#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>

using namespace std;

int main()
{
	int sfd, cfd;//定义两个文件描述符，一个是用来接收客户端的，一个是用来收发数据的

	char buf[256];
	int n;
        /*定义一个sockaddr_in，主要存放IP号和端口号*/
	struct sockaddr_in addr_server;
	addr_server.sin_port=htons(6666);//将端口号由主机的小端转换成网络的大端，注意端口是short型
	addr_server.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//将ip号转换成大端，注意ip号是
//long型，如果这里不用INADDR_ANY，而是输入具体的ip地址，需要用inet_pton()将点分十进制转换成int类型。
	addr_server.sin_family=AF_INET;

	struct sockaddr_in addr_client;
	socklen_t addrlen=sizeof(addr_client);

	sfd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	bind(sfd, (struct sockaddr*) &addr_server, sizeof(addr_server));
//将服务端绑定在一个固定的ip和端口号上，便于客户端访问
	listen(sfd, 20);//监听客户端，至少可以有20个客户端
	cfd=accept(sfd, (struct sockaddr*) &addr_client, &addrlen);
//接收客户端，addr_client中存放客户端ip和端口，addrlen中先是存放空addr_client长度，再是存放放了ip和端口的addr_client长度
	while (1)
	{
		n=read(cfd, buf, sizeof(buf));
		for (int i=0; i<n; i++)
			buf[i]=toupper(buf[i]);
		write(cfd, buf, n);
	}
	close(sfd);
	close(cfd);
	return 0;
}

#include <iostream>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>

using namespace std;

int main(int argc, const char* argv[])
{
	if (argc<2)//需要传入端口号
	{
		cout<<"input ./a.out port"<<endl;
		exit(1);
	}
	int sfd;//客户端只需要一个负责读写的文字描述符就够了
	int port=atoi(argv[1]);//传入的是char*类型的端口号，转换成int型
        /*定义sockaddr_in结构体*/
	struct sockaddr_in addr;
	addr.sin_family=AF_INET;
	addr.sin_port=htons(port);
	inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &addr.sin_addr.s_addr);
//将ip转换成int型存入sockaddr_in结构体中
	
	socklen_t addrlen;
	sfd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	connect(sfd, (struct sockaddr*) &addr, sizeof(addr));
	while (1)
	{
		char buf[1024];
		fgets(buf, sizeof(buf), stdin);//从终端读取字符串
		write(sfd, buf, strlen(buf));
		int n=read(sfd, buf, sizeof(buf));
		if (n==-1)
		{
			cout<<"error"<<endl;
			exit(1);
		}
		else if (n>0)
				cout<<buf;
		else if (n==0)
			break;
	}	
	close(sfd);
}