LinuxC编程---网络编程

LinuxC编程---网络编程 新一篇: 新一篇: 手把手教你玩转SOCKET模型之重叠I/O篇 网络编程，一定离不开套接口;那什么是套接口呢,在Linux下，所有的I/O操作都是 通过读写文件描述符而产生的，文件描述符是一个和打开的文件相关联的整数，这个文件并 不只包括真正存储在磁盘上的文件，还包括一个网络连接、一个命名管道、一个终端等，而 套接口就是系统进程和文件描述符通信的一种方法。目前最常用的套接口是字:字节流套接 口(基于TCP)和数据报套接口(基于UDP)，当然还有原始套接口(原始套接口提供TCP套接口 和UDP套接口所不提供的功能，如构造自己的TCP或UDP分组)等，我们这里主要介绍字节流 套接口和数据报套接口。 要学习网络编程，一定离不开网络库的函数，在Linux系统下，可以用"man 函数名"来 得到这个函数的帮助，不过为了照顾E文不大好的朋友，下面就将常用的网络函数和用法列 出来供大家参考: ,、socket函数:为了执行网络输入输出，一个进程必须做的第一件事就是调用socket 函数获得一个文件描述符。 -------------------------------------------------------------------------------- ----- #include int socket(int family,int type,int protocol); 返回:非负描述字,,,成功 -1,,,失败 -------------------------------------------------------------------------------- ----- 第一个参数指明了协议簇，目前支持5种协议簇，最常用的有AF_INET(IPv4协议)和 AF_INET6(IPv6协议);第二个参数指明套接口类型，有三种类型可选:SOCK_STREAM(字节流 套接口)、SOCK_DGRAM(数据报套接口)和SOCK_RAW(原始套接口);如果套接口类型不是原始 套接口，那么第三个参数就为0。 ,、connect函数:当用socket建立了套接口后，可以调用connect为这个套接字指明 远程端的地址;如果是字节流套接口，connect就使用三次握手建立一个连接;如果是数据 报套接口，connect仅指明远程端地址，而不向它发送任何数据。 -------------------------------------------------------------------------------- ----- #include int connect(int sockfd,const struct sockaddr * servaddr,socklen_t addrlen); 返回:0,,,成功 -1,,,失败 -------------------------------------------------------------------------------- ----- 第一个参数是socket函数返回的套接口描述字;第二和第三个参数分别是一个指向套接 口地址结构的指针和该结构的大小。 这些地址结构的名字均已“sockaddr_”开头，并以对应每个协议族的唯一后缀结束。以 IPv4套接口地址结构为例，它以“sockaddr_in”命名，定义在头文件;以下是结构体的内 容: -------------------------------------------------------------------------------- ----- struct in_addr { in_addr_t s_addr; /* IPv4地址 */ }; struct sockaddr_in { uint8_t sin_len; /* 无符号的8位整数 */ sa_family_t sin_family; /* 套接口地址结构的地址簇，这里为AF_INET */ in_port_t sin_port; /* TCP或UDP端口 */ struct in_addr sin_addr; char sin_zero[8]; }; -------------------------------------------------------------------------------- ----- ,、bind函数:为套接口分配一个本地IP和协议端口，对于网际协议，协议地址是32 位IPv4地址或128位IPv6地址与16位的TCP或UDP端口号的组合;如指定端口为0，调用 bind时内核将选择一个临时端口，如果指定一个通配IP地址，则要等到建立连接后内核才 选择一个本地IP地址。 -------------------------------------------------------------------------------- ----- #include int bind(int sockfd,const struct sockaddr * myaddr,socklen_t addrlen); 返回:0,,,成功 -1,,,失败 -------------------------------------------------------------------------------- ----- 第一个参数是socket函数返回的套接口描述字;第二和第第三个参数分别是一个指向特 定于协议的地址结构的指针和该地址结构的长度。 ,、listen函数:listen函数仅被TCP服务器调用，它的作用是将用sock创建的主动 套接口转换成被动套接口，并等待来自客户端的连接请求。 -------------------------------------------------------------------------------- ----- #include int listen(int sockfd,int backlog); 返回:0,,,成功 -1,,,失败 ------------------------------------------------------------------------------------- 第一个参数是socket函数返回的套接口描述字;第二个参数规定了内核为此套接口 排队的最大连接个数。由于listen函数第二个参数的原因，内核要维护两个队列:以完成连 接队列和未完成连接队列。未完成队列中存放的是TCP连接的三路握手为完成的连接，accept 函数是从以连接队列中取连接返回给进程;当以连接队列为空时，进程将进入睡眠状态。 ,、accept函数:accept函数由TCP服务器调用，从已完成连接队列头返回一个已完成 连接，如果完成连接队列为空，则进程进入睡眠状态。 ------------------------------------------------------------------------------------- #include int accept(int sockfd,struct sockaddr * cliaddr,socklen_t * addrlen); 返回:非负描述字,,,成功 -1,,,失败 ------------------------------------------------------------------------------------- 第一个参数是socket函数返回的套接口描述字;第二个和第三个参数分别是一个指向连 接方的套接口地址结构和该地址结构的长度;该函数返回的是一个全新的套接口描述字;如 果对客户段的信息不感兴趣，可以将第二和第三个参数置为空。 ,、inet_pton函数:将点分十进制串转换成网络字节序二进制值，此函数对IPv4地址 和IPv6地址都能处理。 ------------------------------------------------------------------------------------- #include int inet_pton(int family,const char * strptr,void * addrptr); 返回:1,,,成功 0,,,输入不是有效的表达格式 -1,,,失败 ------------------------------------------------------------------------------------- 第一个参数可以是AF_INET或AF_INET6:第二个参数是一个指向点分十进制串的指针: 第三个参数是一个指向转换后的网络字节序的二进制值的指针。 ,、inet_ntop函数:和inet_pton函数正好相反，inet_ntop函数是将网络字节序二进 制值转换成点分十进制串。 ------------------------------------------------------------------------------------- #include const char * inet_ntop(int family,const void * addrptr,char * strptr,size_t len); 返回:指向结果的指针,,,成功 NULL,,,失败 -------------------------------------------------------------------------------- ----- 第一个参数可以是AF_INET或AF_INET6:第二个参数是一个指向网络字节序的二进制值的指针;第三个参数是一个指向转换后的点分十进制串的指针;第四个参数是目标的大小，以免函数溢出其调用者的缓冲区。 ,、fock函数:在网络服务器中，一个服务端口可以允许一定数量的客户端同时连接，这时单进程是不可能实现的，而fock就分配一个子进程和客户端会话，当然，这只是fock的一个典型应用。 ------------------------------------------------------------------- #include pid_t fock(void); 返回:在子进程中为0，在父进程中为子进程ID -1,,,失败 -------------------------------------------------------------------------------- ----- fock函数调用后返回两次，父进程返回子进程ID，子进程返回0。 有了上面的基础知识，我们就可以进一步了解TCP套接口和UDP套接口 ,、TCP套接口 TCP套接口使用TCP建立连接，建立一个TCP连接需要三次握手，基本过程是服务器先建立一个套接口并等待客户端的连接请求;当客户端调用connect进行主动连接请求时，客户端TCP发送一个SYN，告诉服务器客户端将在连接中发送的数据的初始序列号;当服务器收到这个SYN后也给客户端发一个SYN，里面包含了服务器将在同一连接中发送的数据的初始序列号;最后客户在确认服务器发的SYN。到此为止，一个TCP连接被建立。 下面就用一个例子来说明服务器和客户是怎么连接的 -------------------------------------------------------------------------------- ----- /* client.c */ #include #include #include #include #include #include #include #include int main(int argc,char *argv[]) { int sockfd,numbytes; char buf[100]; struct hostent *he; struct sockaddr_in their_addr; int i = 0; //将基本名字和地址转换 he = gethostbyname(argv[1]); //建立一个TCP套接口 if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) { perror("socket"); exit(1); } //初始化结构体，连接到服务器的2323端口 their_addr.sin_family = AF_INET; their_addr.sin_port = htons(2323); their_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)he->h_addr); bzero(&(their_addr.sin_zero),8); //和服务器建立连接 if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&their_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1) { perror("connect"); exit(1); } //向服务器发送字符串"hello!" if(send(sockfd,"hello!",6,0)==-1) { perror("send"); exit(1); } //接受从服务器返回的信息 if((numbytes = recv(sockfd,buf,100,0))==-1) { perror("recv"); exit(1); } buf[numbytes] = ; printf("result:%s",buf); close(sockfd); return 0; } -------------------------------------------------------------------------------- ----- /* server.c */ #include #include #include #include #include #include #include #include main() { int sockfd,new_fd; struct sockaddr_in my_addr; struct sockaddr_in their_addr; int sin_size; //建立TCP套接口 if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) { perror("socket"); exit(1); } //初始化结构体，并绑定2323端口 my_addr.sin_family = AF_INET; my_addr.sin_port = htons(2323); my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; bzero(&(my_addr.sin_zero),8); //绑定套接口 if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1) { perror("bind"); exit(1); } //创建监听套接口 if(listen(sockfd,10)==-1) { perror("listen"); exit(1); } //等待连接 while(1) { sin_size = sizeof(struct sockaddr_in); perror("server is run"); //如果建立连接，将产生一个全新的套接字 if((new_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&their_addr,&sin_size))==-1) { perror("accept"); exit(1); } //生成一个子进程来完成和客户端的会话，父进程继续监听 if(!fork()) { //读取客户端发来的信息 if((numbytes = recv(new_fd,buff,strlen(buff),0))==-1) { perror("recv"); exit(1); } printf("%s",buff); //将从客户端接收到的信息再发回客户端 if(send(new_fd,buff,strlen(buff),0)==-1) perror("send"); close(new_fd); exit(0); } close(new_fd); } close(sockfd); } -------------------------------------------------------------------------------- ----- 现在让我们来编译这两个程序: root@linuxaid#gcc -o server server.c root@linuxaid#gcc -o client client.c 然后在一台计算机上先运行服务器程序，再在另一个终端上运行客户端就会看到结果;如果不运行服务器程序而先运行客户程序将立即提示"Connect: Connection refused"，这就是TCP套接口的好处，如果是UDP套接口将会有一个延时才会得到错误信息(UDP套接口后面有介绍)。 -------------------------------------------------------------------------------- ----- 建立一个TCP连接需要三次握手，而断开一个TCP则需要四个分节。当某个应用进程调用close(主动端)后(可以是服务器端，也可以是客户端)，这一端的TCP发送一个FIN，表示数据发送完毕;另一端(被动端)发送一个确认，当被动端待处理的应用进程都处理完毕后，发送一个FIN到主动端，并关闭套接口，主动端接收到这个FIN后再发送一个确认，到此为止这个TCP连接被断开。 ,、UDP套接口 UDP套接口是无连接的、不可靠的数据报协议;既然他不可靠为什么还要用呢,其一:当应用程序使用广播或多播是只能使用UDP协议;其二:由于他是无连接的，所以速度快。因为UDP套接口是无连接的，如果一方的数据报丢失，那另一方将无限等待，解决办法是设置一个超时。 在编写UDP套接口程序时，有几点要注意:建立套接口时socket函数的第二个参数应该是SOCK_DGRAM，说明是建立一个UD