Linux应用 — 网络编程
概述
数据传输的三要素：源、目的、长度
怎么表示源和目的呢？
所以，在网络传输中，使用 “ IP 端口 ” 来表示源和目的
网络传输中的2个对象：server（服务器）、client（客户端）
网络协议被分为5层：
运输层为两个主机之间进程的通信提供服务
TCP、UDP的区别
TCP是面向连接的，UDP是无连接的
TCP是可靠的，UDP是不可靠的
TCP是面向字节流的，UDP是面向数据报文的
TCP只支持点对点通信，UDP支持一对一，一对多，多对多
TCP报文首部20个字节，UDP首部8个字节
TCP有拥塞控制机制，UDP没有
TCP协议下双方发送接受缓冲区都有，UDP并无实际意义上的发送缓冲区，但是存在接受缓冲区
TCP的三次握手、四次挥手
三次握手
举个栗子
公安局长王哥 和 陈某打电话
公安局：你好！陈某，听得到吗？（一次会话）
陈某：听到了，王哥，你能听到吗 （二次会话）
公安局：听到了，你过来自首吧 （开始会话）（三次会话）
进行三次握手的目的是为了在不可靠的信道上建立起可靠的连接。
第一次握手 TCP客户进程也是先创建传输控制块TCB，然后向服务器发出连接请求报文，这是报文首部中的同部位SYN=1，同时选择一个初始序列号 seq=x ，此时，TCP客户端进程进入了 SYN-SENT 同步已发送状态
第二次握手 TCP服务器收到请求报文后，如果同意连接，则会向客户端发出确认报文。确认报文中应该 ACK=1，SYN=1，确认号是ack=x+1，同时也要为自己初始化一个序列号 seq=y，此时，TCP服务器进程进入了 SYN-RCVD 同步收到状态
第三次握手 TCP客户端收到确认后，还要向服务器给出确认。确认报文的ACK=1，ack=y+1，自己的序列号seq=x+1，此时，TCP连接建立，客户端进入ESTABLISHED已建立连接状态 触发三次握手
四次挥手
举个例子
张三和李四的对话
张三：好的，那我先走了
李四：好的，那你走吧
李四：那我也走了？
张三：好的，你走吧
第一次挥手 客户端发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态
第二次挥手 服务器端接收到连接释放报文后，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT 关闭等待状态
第三次挥手 客户端接收到服务器端的确认请求后，客户端就会进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文，服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
第四次挥手 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态，但此时TCP连接还未终止，必须要经过2MSL后（最长报文寿命），当客户端撤销相应的TCB后，客户端才会进入CLOSED关闭状态，服务器端接收到确认报文后，会立即进入CLOSED关闭状态，到这里TCP连接就断开了，四次挥手完成
TCP、UDP的流程图
主要接口
socket
int socket(int domain, int type,int protocol);
—— domain
网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX 和 AF_INET 等)。AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
—— type
网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM 等)。
◼ SOCK_STREAM 表明用的是 TCP 协议，这样会提供按顺序的，可靠，双向，面向连接的比特流。
◼ SOCK_DGRAM 表明用的是 UDP 协议，这样只会提不可靠，无连接的通信。
—— protocol
由于指定了 type，所以这个地方一般只要用 0 来代替就可以了。
此函数执行成功时返回文件描述符，失败时返回-1,看 errno 可知道出错的详细情况。
bind
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
—— sockfd
由 socket 函数调用返回的文件描述符。
—— my_addr
指向 sockaddr 的指针。
struct sockaddr{
unisgned short as_family;
char sa_data[14];
};
不过由于兼容性的问题我们一般用以下这个结构体代替
struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family; // 哪种地址族 PF_INET: IPv4
unsigned short sin_port; // 要监听的端口号 htons(8888)
struct in_addr sin_addr; // 32位的IP地址 .s_addr设置为INADDR_ANY，表示让程序自动获取本机地址
unsigned char sin_zero[8]; // 为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的 空字节。
}
—— addrlen
sockaddr 结构的长度。
函数作用：
bind 将本地的端口同 socket 返回的文件描述符捆绑在一起.成功是返回 0, 失败的情况和 socket 一样。
listen
int listen(int sockfd,int backlog);
—— sockfd
由 socket 函数调用返回的文件描述符。
—— backlog
当有多个客户端程序和服务器相连时，使用这个来表示可以介绍的排队长度
函数作用：
listen 函数将 bind 的文件描述符变为监听套接字，返回的情况和 bind 一样。
accept
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen);
—— sockfd
由 socket 函数调用返回的文件描述符。
—— sockaddr、addrlen
用来给客户端的程序填写的（这个结构体中的sin_addr表示的是客户端的IP地址），服务器端只要传递指针就好了。addlen：sizeof(struct sockaddr)
accept 调用时，服务器端的程序会一直阻塞到有一个客户程序发出了连接。accept 成功时返回新的嵌套字，这个时候服务器端可以向这个嵌套字写信息了，失败时返回-1 。
返回值说明：
socket、bind、listen 三步过后会得到一个完整的监听嵌套字（服务端server），而listen之后也会得到一个全新的嵌套字（客户端client），不同的客户端进行连接时所返回的嵌套字是不同的。
connect
int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen);
—— sockfd
由 socket 函数调用返回的文件描述符。
—— serv_addr、addrlen
这两个参数跟 bind 后面的两个参数是一样的，但是又不太一样
struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family; // 哪种地址族 PF_INET: IPv4
unsigned short sin_port; // 客户端的端口号 htons(8888)
struct in_addr sin_addr; // 32位的IP地址 想要连接的服务端的IP地址
// inet_aton函数可以将IP地址转换为用于传输的32位IP地址
unsigned char sin_zero[8]; // 为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的 空字节。
}
addrlen 依旧是这个结构体的大小
send
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
—— sockfd
由 socket 函数调用返回的文件描述符。
—— buf
应用程序要发送数据的缓冲区.
—— len
要发送数据的字节数。
—— flags
一般置0。
客户或者服务器应用程序都用 send 函数来向 TCP 连接的另一端发送数据。
recv
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
—— sockfd
由 socket 函数调用返回的文件描述符。
—— buf
存放接收数据的数据缓冲区.
—— len
接收缓冲区 buf 的长度。
—— flags
一般置0。
客户或者服务器应用程序都用 recv 函数从 TCP 连接的另一端接收数据。
recvform
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
recvfrom 通常用于无连接套接字（UDP），因为此函数可以获得发送者的地址。
—— src_addr
一个 struct sockaddr 类型的变量，该变量保存源机的 IP 地址及端口号。
—— addrlen
sizeof （struct sockaddr）
sendto
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
sendto 和 send 相似，区别在于 sendto 允许在无连接的套接字上指定一个目标地址。
—— dest_addr
表示目地机的 IP 地址和端口号信息。
—— addrlen
常常被赋值为 sizeof （struct sockaddr）。
实例代码
TCP
服务端
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
/* socket
* bind
* listen
* accept
* send/recv
*/
#define SERVER_PORT 8888
#define BACKLOG 10
int main(int argc, char **argv)
{
int iSocketServer;
int iSocketClient;
struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
struct sockaddr_in tSocketClientAddr;
int iRet;
int iAddrLen;
int iRecvLen;
unsigned char ucRecvBuf[1000];
int iClientNum = -1;
signal(SIGCHLD,SIG_IGN);
iSocketServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (-1 == iSocketServer)
{
printf("socket error!\n");
return -1;
}
tSocketServerAddr.sin_family = AF_INET;
tSocketServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); /* host to net, short */
tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);
iRet = bind(iSocketServer, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
if (-1 == iRet)
{
printf("bind error!\n");
return -1;
}
iRet = listen(iSocketServer, BACKLOG);
if (-1 == iRet)
{
printf("listen error!\n");
return -1;
}
while (1)
{
iAddrLen = sizeof(struct sockaddr);
iSocketClient = accept(iSocketServer, (struct sockaddr *)&tSocketClientAddr, &iAddrLen);
if (-1 != iSocketClient)
{
iClientNum++;
printf("Get connect from client %d : %s\n", iClientNum, inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr));
if (!fork())
{
while (1)
{
iRecvLen = recv(iSocketClient, ucRecvBuf, 999, 0);
if (iRecvLen <= 0)
{
close(iSocketClient);
return -1;
}
else
{
ucRecvBuf[iRecvLen] = '\0';
printf("Get Msg From Client %d: %s\n", iClientNum, ucRecvBuf);
}
}
}
}
}
close(iSocketServer);
return 0;
}
客户端
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
/* socket
* connect
* send/recv
*/
#define SERVER_PORT 8888
int main(int argc, char **argv)
{
int iSocketClient;
struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
int iRet;
unsigned char ucSendBuf[1000];
int iSendLen;
if (argc != 2)
{
printf("Usage:\n");
printf("%s <server_ip>\n", argv[0]);
return -1;
}
iSocketClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
tSocketServerAddr.sin_family = AF_INET;
tSocketServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); /* host to net, short */
//tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (0 == inet_aton(argv[1], &tSocketServerAddr.sin_addr))
{
printf("invalid server_ip\n");
return -1;
}
memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);
iRet = connect(iSocketClient, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
if (-1 == iRet)
{
printf("connect error!\n");
return -1;
}
while (1)
{
if (fgets(ucSendBuf, 999, stdin))
{
iSendLen = send(iSocketClient, ucSendBuf, strlen(ucSendBuf), 0);
if (iSendLen <= 0)
{
close(iSocketClient);
return -1;
}
}
}
return 0;
}
UDP
服务端
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
/* socket
* bind
* sendto/recvfrom
*/
#define SERVER_PORT 8888
int main(int argc, char **argv)
{
int iSocketServer;
int iSocketClient;
struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
struct sockaddr_in tSocketClientAddr;
int iRet;
int iAddrLen;
int iRecvLen;
unsigned char ucRecvBuf[1000];
int iClientNum = -1;
iSocketServer = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if (-1 == iSocketServer)
{
printf("socket error!\n");
return -1;
}
tSocketServerAddr.sin_family = AF_INET;
tSocketServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); /* host to net, short */
tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);
iRet = bind(iSocketServer, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
if (-1 == iRet)
{
printf("bind error!\n");
return -1;
}
while (1)
{
iAddrLen = sizeof(struct sockaddr);
iRecvLen = recvfrom(iSocketServer, ucRecvBuf, 999, 0, (struct sockaddr *)&tSocketClientAddr, &iAddrLen);
if (iRecvLen > 0)
{
ucRecvBuf[iRecvLen] = '\0';
printf("Get Msg From %s : %s\n", inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr), ucRecvBuf);
}
}
close(iSocketServer);
return 0;
}
客户端
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
/* socket
* connect
* send/recv
*/
#define SERVER_PORT 8888
int main(int argc, char **argv)
{
int iSocketClient;
struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
int iRet;
unsigned char ucSendBuf[1000];
int iSendLen;
if (argc != 2)
{
printf("Usage:\n");
printf("%s <server_ip>\n", argv[0]);
return -1;
}
iSocketClient = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
tSocketServerAddr.sin_family = AF_INET;
tSocketServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT); /* host to net, short */
//tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if (0 == inet_aton(argv[1], &tSocketServerAddr.sin_addr))
{
printf("invalid server_ip\n");
return -1;
}
memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);
iRet = connect(iSocketClient, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
if (-1 == iRet)
{
printf("connect error!\n");
return -1;
}
while (1)
{
if (fgets(ucSendBuf, 999, stdin))
{
iSendLen = send(iSocketClient, ucSendBuf, strlen(ucSendBuf), 0);
if (iSendLen <= 0)
{
close(iSocketClient);
return -1;
}
}
}
return 0;
}
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