socket网络编程基础篇

最新推荐文章于 2024-04-22 19:40:16 发布

JT_enlightenment

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分类专栏：网络编程

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本文深入解析Socket网络通信原理，涵盖服务器与客户端建立连接的过程、关键函数的使用方法及实例代码。详细介绍了socket创建、绑定、监听、接受连接及数据收发等核心步骤。

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首先列举一下socket网络通信的例子：使用局域网打游戏，用浏览器连接外网看视频，使用QQ与好友通信，手机连接wifi传数据等等。socket是底层抽象给应用层所使用的一套接口函数，本篇讲解这些函数的使用。

对象：1、服务器server（等待客户端连接）

2、客户端client（主动连接服务器）

对象之间的联系：

client是根据server的‘’ip地址+端口号”找到对方并建立连接的

1、ip地址：不用说了，就是192.168.6.xxx之类（一个主机可能有多个ip）。

2、端口：同一个ip下又可分为多个端口，做个比喻吧：ip相当于一个大别墅，多个端口相当于

别墅里的多个房间，数据就相当于客人，客人可以进不同的房间干不同的事情（即业务）。

传输方式：

1、TCP（数据可靠，一般常用这种）

2、UDP（数据不可靠，一般用于实时视频传输）

server（服务器必要代码）：

1、fd = socket(int domain, int type, int protocol);

//相当于获得了一个标志（fd就是这个服务器了），以后想用这个服务器就去找fd就行了

●domain:协议域或协议族，例如AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL等，其决定了socket的地址类型，例如我们常用的AF_INET决定了要用ipv4地址（32位）+端口号（16位）的组合。

●type:指定socket类型，常用的有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAM等等

●protocal:指定协议，TCP协议、UDP协议、STCP协议、TIPC协议

//注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。设置protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

2、int blind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

//blind翻译为绑定，就是将上面socket()出来的标志fd与真实服务器的地址进行绑定，因为人家是要连接这个地址，绑定后fd才真正的成为了这个地址（服务器）的代言人！

●sockfd：就是那个fd（服务器的代言人）

●addr：要绑的地址（服务器的ip和端口），所以在调用blind函数之前需要先设置这个结构体

要注意的是这个地址根据创建socket时的协议族的不同而不同。

小技巧：用man 7ip迅速查找到并粘贴出来

//对应ipv4格式的地址如下所示：

 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 */

  };

//注意：这里发现blind函数的参数2是sockaddr结构，但是ipv4的是sockaddr_in结构，所以要做一个强制类型转换成通用的sockaddr结构（其他ipv6等等也都要这样做）

●addrlen：对应地址的长度

●返回值：成功返回0，失败返回-1

//注意:这个函数是服务器独有的，客户端不需要，因为客户端在调用connect函数的时候系统会自动分配一个本机ip+端口给他。

3、int listen（intsocketfd，intbacklog）;

//此函数调用后，当客户端调用connect函数发出连接请求时，服务器端会收到此请求。

//且listen函数一旦调用,此fd将变成被动套接字（今后只能等待别人来连接，而不能主动连）

//内部维护了两个队列：1、已由客户发出并到达服务器，服务器正在等待完成相应的TCP三路握手

2、已完成连接的队列

//后续调用的accept函数（继续往后看）会从第二个队列中取出一个连接

●socketfd：就是那个fd（服务器的代言人）

●backlog：排队的最大连接个数

●返回值：0成功，-1失败

4、int accept(int sockfd, structsockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

//从已完成连接队列(即listen内部维护的队列)返回第一个连接，如果已完成连接队列为空，则阻塞。

●sockfd：就是那个fd（服务器的代言人）

●addr：获得对方的地址存在此结构中（客户端的地址）

●addrlen：地址长度

●返回值：成功返回客户端的fd(客户端代言人)，失败返回-1

5、read()/write() 或者 recv()/send()

ssize_tread(intfd,void *buf,size_tcount);

ssize_twrite(intfd,void *buf,size_tcount);

ssize_trecv(intsockfd,void *buf,size_tlen,intflags);

ssize_tsend(intsockfd,constvoid *buf,size_tlen,intflags);

//共同点：这两套读写函数都可以实现数据的收发。

//区别：1、read函数可用于文件/套接字/标准输入输出，而recv只能用于套接字

// 2、recv()函数多了个参数flag;//flag可取值：MSG_OOB（带外数据紧急指针）

// MSG_PEEK（数据包的提前预读)

// flag取0则等同于read函数

client（客户端必要代码）：

1、fd = socket();//获得客户端代言人fd

//函数讲解、函数参数同server，略。

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

//将客户端连接到服务器，调用connect函数后服务器的accept函数会收到这个连接的

●sockfd：就是那个fd（客户端的代言人）

●addr：要连接的服务器的地址（在调用connect之前要填充这个地址的结构体！）

●addrlen：地址长度

●返回值：成功返回0，失败返回-1

3、read()/write() 或者 recv()/send()

//函数讲解、函数参数同server，略。

其他代码

1、字节序转换代码：

问：字节序是什么？为什么要转换字节序?

答：由于进行网络传输的双方不一定在同一个主机上，可能是PC----PC

或者PC----ARM...等等不同架构之间通信，而存在大端和小端的说法。

1、大端：低位存放于高内存地址处

2、小端：低位存放于低内存地址处

测试自己主机是大端还是小端方法：

void main()

{

  unsigned int data = 0x12345678;

  char *p = &data;

  printf(“%x %x %x %x \n”,p[0],p[1],p[2],p[3]);

  if(p[0] == 0x78)

  {

  printf(“当前系统是小端模式”);

  }

  else

  {

  printf(“当前系统是大端模式”);

  }

}

在x86下测试打印得出：

78 56 34 12

当前系统是小端模式

在大端（Big Endian)和小端(Little Endian）中，数据在内存中的存放顺序是不一样的，例如在大端的A主机上的内存里一个数据，将其发送给小端的B主机，存在内存中顺序就错了，这对socket传输是致命的，所以需要解决这种问题：

解决方法：

1、在发送之前先转换成网络字节序（网络字节序为大端）

2、然后接收端收到的是网络字节序

3、接收端将网络字节序转换成本地字节序即可（不同主机不同，例：x86位小端、ARM可配置）

引出了了一系列字节序转换函数：

 uint32_t htonl(uint32_t hostlong);//主机字节序转为网络字节序

 uint16_t htons(uint16_t hostshort);//主机字节序转为网络字节序

 uint32_t ntohl(uint32_t netlong);//网络字节序转为主机字节序

 uint16_t ntohs(uint16_t netshort);//网络字节序转为主机字节序

 说明：在上述的函数中，h代表host主机；n代表network s代表short；l代表long；s代表short

2、地址转换代码：

问：为什么需要地址转换？

答：比如客户端要连接服务器的ip是192.168.6.112，客户端要先把这个ip转换为一个32位的 ipv4然后再去连接

引出了了一系列地址转换函数：

 int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);//192.168.6.xx====>in_addr结构

 in_addr_t inet_addr(const char *cp); //192.168.6.xx====>in_addr结构

 char *inet_ntoa(struct in_addr in); //in_addr结构====>192.168.6.xx

到此基础讲解完毕，下面贴代码

代码功能：

客户端从控制台键盘输入并发送给服务器，服务器收到数据并打印出客户端信息和数据。

服务器端用了fork，即可支持多客户端连接。

server.c:

#include <sys/types.h>         
#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>

#define SERVER_PORT 8888 //端口号，定义为宏方便以后直接修改
#define BACKLOG     10   //表服务器可以同时监测多少个客户端连接，设置为>0即可

int main(int argc, char **argv)
{
	int iSocketServer;
	int iSocketClient;
	struct sockaddr_in tSocketServerAddr;//服务器地址结构
	struct sockaddr_in tSocketClientAddr;//客户端地址结构：后来当客户端来连接时会传过来
	int iRet;
	int iAddrLen;

	int iRecvLen;
	unsigned char ucRecvBuf[1000];//服务器收到数据的缓冲区

	int iClientNum = -1;
	
/* 
 *防止僵尸进程，子进程结束后还是会存于进程表项中，可用ps -u book(用户)查看到
 *所以要发送一个信号SIGCHLD给父进程，让其给它收尸（注：所有64个信号可由kill -l查看）
 *SIG_IGN为忽略的意思，可让内核把僵尸进程转交给init进程去处理，防止其占用系统资源
 */
	signal(SIGCHLD,SIG_IGN);/*防止僵尸进程：子进程退出后会给父进程一个信号，然后来给它收尸即可*/
	
	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);  /* 端口是2个字节即short型 */
 	tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;/*本机上所有IP，若为特定ip的话需要用inet_addr（）函数来转换一下*/
	memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);/*设置为0----8字节*/
	
	iRet = bind(iSocketServer, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
	/* 注：上面函数第二个参数强制类型转换为通用的sockaddr结构（因为sockaddr_in结构是）  */
	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);/* 参数2获得了对方的IP地址  */
		if (-1 != iSocketClient)
		{
			iClientNum++;
			printf("Get connect from client %d : %s\n",  iClientNum, inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr));
			/* 
			 *在父进程中调用fork()返回子进程的PID号，取非则变为0，所以直接跳过if，转到while开头继续accept新的客户端
			 *而子进程的fork返回0，则继续进去执行
			 */
			if (!fork())
			{
				/* 子进程 */
				while (1)
				{
					/* 接收客户端发来的数据并显示出来 */
					iRecvLen = recv(iSocketClient, ucRecvBuf, 999, 0);
					if (iRecvLen <= 0)
					{
						//如果在读的过程中对方关闭，tcpip协议会返回一个0数据包
						close(iSocketClient);
						return -1;
					}
					else
					{
						ucRecvBuf[iRecvLen] = '\0';
						printf("Get Msg From Client %d: %s\n", iClientNum, ucRecvBuf);
					}
				}				
			}
		}
	}
	
	close(iSocketServer);
	return 0;
}

client.c:

#include <sys/types.h>        
#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>


#define SERVER_PORT 8888

int main(int argc, char **argv)
{
	int iSocketClient;
	struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
	
	int iRet;
	unsigned char ucSendBuf[1000];//发送缓冲区
	int iSendLen;

	if (argc != 2)
	{
		printf("Usage:\n");
		printf("%s <server_ip>\n", argv[0]);//参数不为2个就打印用法
		return -1;
	}

	iSocketClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
	tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);
 	if (0 == inet_aton(argv[1], &tSocketServerAddr.sin_addr))
 	{
		printf("invalid server_ip\n");
		return -1;
	}
	memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);//结构体后8位为保留位，清0


	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))/*从stdin获得数据（我们自己实时敲入的）到ucSendBuf*/
		{
			iSendLen = send(iSocketClient, ucSendBuf, strlen(ucSendBuf), 0);
			if (iSendLen <= 0)
			{
				close(iSocketClient);
				return -1;
			}
		}
	}
	
	return 0;
}