Linux下的socket网络编程

linux 网络编程是通过socket(套接字)接口实现,Socket是一种文件描述符,socket起源于UNIX,在Unix一切皆文件哲学的思想下,socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现,服务器和客户端各自维护一个"文件",在建立连接打开后,可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容,通讯结束时关闭文件。

socket 类型

    常见的socket有3种类型如下。 
    (1)流式socket(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。 
    (2)数据报socket(SOCK_DGRAM ) 
    数据报套接字定义了一种无连接的服 ,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。 
    (3)原始socket(SOCK_RAW)
    原始套接字允许对底层协议如IP或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。

进行Socket编程,常用的函数有:

1.socket:创建一个socket

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

//family指定协议族;type参数指定socket的类型:SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW;protocol通常赋值"0", socket()调用返回一个整型socket描述符


2.bind:用于绑定IP地址和端口号到socket

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IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的针; addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr),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


3.connect:该函数用于绑定之后的client端,与服务器建立连接

int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

//sockfd是目的服务器的sockect描述符;serv_addr是服务器端的IP地址和端口号的地址,addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。遇到错误时返回-1,并且errno中包含相应的错误码


4.listen:设置能处理的最大连接数,listen()并未开始接受连线,只是设置sockect为listen模式

 int listen(int sockfd, int backlog); 

// sockfd是socket系统调用返回的服务器端socket描述符;backlog指定在请求队列中允许的最大请求数    


5.accept:用来接受socket连接

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

//sockfd是被监听的服务器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的客户端地址;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:发送数据         

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


7.recv:接受数据        

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。


8.sendto:发送数据,用于面向非连接的socket(SOCK_DGRAM/SOCK_RAW)

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。


9.recvform: 接受数据,用于面向非连接的socket(SOCK_DGRAM/SOCK_RAW)

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   


几个字节顺序转换函数: 

    htons()   --"Host to Network Short" ; htonl()--"Host to Network Long" 
    ntohs()   --"Network to Host Short" ; ntohl()--"Network to Host Long" 
    在这里, h表示"host" ,n表示"network",s 表示"short",l表示 "long"。

地址转换函数:

    in_addr_t inet_addr(const char * strptr);
    将字符串IP地址转换为IPv4地址结构in_addr值

    char * inet_ntoa(struct in_addr * addrptr);
    将IPv4地址结构in_addr值转换为字符串IP

    域名和IP地址的转换: 
    struct hostent *gethostbyname(const char *name); 
    函数返回一种名为hostent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*/


下面给出两个示例,一个是面向TCP数据流的socket通信,一个是面向UDP数据报的socket通信

1.面向TCP数据流的socket通信的演示程序由基于TCP的服务器和基于TCP的客户端程序组成。

    TCP的服务器程序结构:

    1.创建一个socket,用函数socket()

    2.绑定IP地址、端口信息到socket上,用函数bind()

    3.设置允许的最大连接数,用函数listen()

    4.接受客户端的连接,用函数accept()

    5.收发数据,用send()、recv()或者read()、write()

    6.关闭网络连接

    TCP的客户端程序结构:

    1.创建一个socket,用函数socket()

    2.设置要连接的服务器的IP地址和端口属性

    3.连接服务器,用函数connet()

    4.收发数据,用send()、recv()或者read()、write()

    5.关闭网络连接

TCP服务器和TCP客户端的通信图如下:

wKioL1cLG7SiJFhMAAC1zSaJlAk808.png

 #include <stdlib.h> 
 #include <stdio.h> 
 #include <errno.h> 
 #include <string.h> 
 #include <netdb.h> 
 #include <sys/types.h> 
 #include <netinet/in.h> 
 #include <sys/socket.h> 
 #include <arpa/inet.h> //inet_ntoa()函数的头文件
 #define portnumber 3333 //定义端口号:(0-1024为保留端口号,最好不要用)
 int main(int argc, char *argv[]) 
 {
     int sockfd,new_fd; 
     struct sockaddr_in server_addr; //描述服务器地址
     struct sockaddr_in client_addr; //描述客户端地址
     int sin_size; 
     char hello[]="Hello! Are You Fine?\n";
    /* 服务器端开始建立sockfd描述符 */ 
    if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:IPV4;SOCK_STREAM:TCP
 { 
        fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno)); 
        exit(1); 
     }
    /* 服务器端填充 sockaddr结构 */ 
     bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
     server_addr.sin_family=AF_INET; // Internet
     server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据,即绑定到所有的IP
     //server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
     server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
     /* 捆绑sockfd描述符到IP地址 */
     if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1) 
     { 
        fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno)); 
        exit(1); 
     } 
  
     /* 设置允许连接的最大客户端数 */ 
     if(listen(sockfd,5)==-1) 
    { 
         fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno)); 
         exit(1); 
     }
    while(1) 
    {
        /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */ 
  sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
        if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))==-1) 
        { 
            fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno)); 
            exit(1); 
         } 
        fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); // 将网络地址转换成.字符串,并打印到输出终端
         //向客户端程序写入hello数组里的字符
         if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1) 
        { 
            fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno)); 
            exit(1); 
        }
         /* 这个通讯已经结束 */ 
         close(new_fd);
         /* 循环下一个 */ 
    }
     /* 结束通讯 */
    close(sockfd);
    exit(0);
 }

TCP客户端的代码TCPclient.c

#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <errno.h> 
#include <string.h> 
#include <netdb.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <netinet/in.h> 
#include <sys/socket.h>
#define portnumber 3333
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
 int sockfd; 
 char buffer[1024]; 
 struct sockaddr_in server_addr; 
 struct hostent *host; 
 int nbytes;
        /* 使用hostname查询host 名字 */
 if(argc!=2) 
 { 
  fprintf(stderr,"Usage:%s hostname \a\n",argv[0]); 
  exit(1); 
 }
 if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL) 
 { 
  fprintf(stderr,"Gethostname error\n"); 
  exit(1); 
 }
 /* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */ 
 if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:Internet;SOCK_STREAM:TCP
 { 
  fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno)); 
  exit(1); 
 }
 /* 客户程序填充服务端的资料 */ 
 bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置0
 server_addr.sin_family=AF_INET;          // IPV4
 server_addr.sin_port=htons(portnumber);  // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
 server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr); // IP地址
 
 /* 客户程序发起连接请求 */ 
 if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1) 
 { 
  fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno)); 
  exit(1); 
 }
 /* 连接成功了 */ 
 if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1) 
 { 
  fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno)); 
  exit(1); 
 } 
 buffer[nbytes]='\0'; 
 printf("I have received:%s\n",buffer);
 /* 结束通讯 */ 
 close(sockfd); 
 exit(0); 
}

 

编译TCPserver.c和TCPclient.c

gcc TCPserver.c -o TCPserver

gcc TCPclient.c -o TCPclient

运行tcp服务器段程序和客户端程序,显示过程截图如下:

wKioL1cLjRGjL8RlAACHfUzPRDk712.jpg

wKiom1cLjHiS46xfAABvYDnj8XM227.jpg

 

2.面向UDP数据报的socket通信的演示程序由基于UCP的服务器和基于UDP的客户端程序组成。

    UDP的服务器程序结构:

    1.创建一个socket,用函数socket()

    2.绑定IP地址、端口信息到socket上,用函数bind()

    3.循环接受数据,用函数recvform()

    4.关闭网络连接

   UDP的客户端程序结构:

    1.创建一个socket,用函数socket()

    2.设置要连接的服务器的IP地址和端口属性

    3.发送数据,用函数sento()

    4.关闭网络连接

UDP服务器和UDP客户端的通信图如下:


下面贴出UDP服务器的代码UDPserver.c:

#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#define SERVER_PORT 8888 
#define MAX_MSG_SIZE 1024
void udps_respon(int sockfd) 
{ 
 struct sockaddr_in addr; 
 int addrlen,n; 
 char msg[MAX_MSG_SIZE];
 while(1) 
 { /* 从网络上读,并写到网络上 */ 
  bzero(msg,sizeof(msg)); // 初始化,清零
  addrlen = sizeof(struct sockaddr); 
  n=recvfrom(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,0,(struct sockaddr*)&addr,&addrlen); // 从客户端接收消息
  msg[n]=0; 
  /* 显示服务端已经收到了信息 */ 
  fprintf(stdout,"Server have received %s",msg); // 显示消息
 } 
}
int main(void) 
{ 
 int sockfd; 
 struct sockaddr_in addr;
 /* 服务器端开始建立socket描述符 */ 
 sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 
 if(sockfd<0) 
 { 
  fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno)); 
  exit(1); 
 }
 /* 服务器端填充 sockaddr结构 */ 
 bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); 
 addr.sin_family=AF_INET; 
 addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); 
 addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
 /* 捆绑sockfd描述符 */ 
 if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))<0) 
 { 
  fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno)); 
  exit(1); 
 }
 udps_respon(sockfd); // 进行读写操作
 close(sockfd); 
}

 UDP客户端的代码UDPclient.c:

 #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#define SERVER_PORT 8888 
#define MAX_BUF_SIZE 1024
void udpc_requ(int sockfd,const struct sockaddr_in *addr,int len) 
{ 
 char buffer[MAX_BUF_SIZE]; 
 int n; 
 while(1) 
 {  /* 从键盘读入,写到服务端 */ 
  printf("Please input char:\n");
  fgets(buffer,MAX_BUF_SIZE,stdin); 
  sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,(struct sockaddr*)addr,len); 
  bzero(buffer,MAX_BUF_SIZE); 
 } 
}
int main(int argc,char **argv) 
{ 
 int sockfd; 
 struct sockaddr_in addr;
 if(argc!=2) 
 { 
  fprintf(stderr,"Usage:%s server_ip\n",argv[0]); 
  exit(1); 
 }
 /* 建立 sockfd描述符 */ 
 sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 
 if(sockfd<0) 
 { 
  fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno)); 
  exit(1); 
 }
 /* 填充服务端的资料 */ 
 bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); 
 addr.sin_family=AF_INET; 
 addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
 if(inet_aton(argv[1],&addr.sin_addr)<0)  /*inet_aton函数用于把字符串型的IP地址转化成网络2进制数字*/ 
 { 
  fprintf(stderr,"Ip error:%s\n",strerror(errno)); 
  exit(1); 
 }
 udpc_requ(sockfd,&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 进行读写操作
 close(sockfd); 
}

 

编译UDPserver.c和UDPclient.c

gcc UDPserver.c -o UDPserver

gcc UDPclient.c -o UDPclient

运行udp服务器段程序和客户端程序,显示过程截图如下:

 wKiom1cLq06xemRxAACvAnearmI841.jpg