Linux网络编程（一）

Socket
Linux中的网络编程通过Socket(套接字)接口实现，Socket是一种文件描述符

套接字socket有三种类型：
①流式套接字（SOCK_STREAM）
流式的套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。它使用了TCP协议。TCP保证了数据传输的正确性和顺序性；
②数据报套接字（SOCK_DGRAM）
数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠，无差错校验,它使用数据报协UDP；
③原始套接字
原始套接字允许对低层协议 如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议的测试等

进行Socket编程的常用函数有：
socket
创建一个socket
bind
用于绑定IP地址和端口号到socket
connect
该函数用于绑定之后的client端与服务器建立连接
listen
设置能处理的最大连接要求，Listen()并未开始接收连线，只是设置socket为listen模式。
accept
用来接受socket连接。
send
发送数据
recv
接收数据

socket建立

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

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，family参数指定为AF_INET
对于TCP协议，type参数指定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

Bind绑定

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

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()成功返回0，失败返回-1。
bind()的作用是将参数sockfd和myaddr绑定在一起，使 sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听myaddr所描述的地址和端口号
struct sockaddr *是一个通用指针类型，myaddr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

struct sockaddr_in
{
    short int sin_family;  /* Internet地址族 */
    unsigned short int sin_port;  /* 端口号 */
    struct in_addr sin_addr;   /* IP地址 */
    unsigned char sin_zero[8];  /* 填0 */
}

struct in_addr
{
    unsigned long s_addr;
}

sockaddr_in 初始化

bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); 
servaddr.sin_family = AF_INET; 
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

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SERV_PORT，我们定义为8000

Accept 连接

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

socket 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,cliaddr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cliaddr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cliaddr参数传NULL，表示不关心客户端的地址

Connect连接

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

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

基于TCP的C/S架构
服务器端
1. 创建一个socket，用函数socket()
2. 绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()
3.设置允许的最大连接数，用函数listen()
4.接收客户端上来的连接，用函数accept()
5.收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()
6.关闭网络连接

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

#define PORT  9999

// 初始化套接字，返回监听套接字
int init_socket()
{
        //1、创建socket
    int listen_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listen_socket == -1)
    {
        perror ("socket");
        return -1;
    }

    // 2、命名套接字，绑定本地的ip地址和端口
    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family  = AF_INET;     // 设置地址族
    addr.sin_port    = htons(PORT); // 设置本地端口
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   // 使用本地的任意IP地址

    int  ret = bind(listen_socket,  (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret == -1)
    {
        perror ("bind");
        return -1;
    }

    // 3、监听本地套接字
    ret = listen(listen_socket, 5);
    if (ret == -1)
    {
        perror ("listen");
        return -1;
    }

    printf ("等待客户端连接.......\n");
    return listen_socket;
}

// 处理客户端连接，返回与连接上的客户端通信的套接字
int  MyAccept(int listen_socket)
{
    // 4、接收连接
    // 监听套接字不能用来与客户端进行通信，它的职责是监听客户端的连接
    // accpet 处理客户端的连接，如果成功接收，会返回一个新的套接字，用来与客户端进行通信
    // accept的第三个参数 是一个传入传出参数
    struct sockaddr_in client_addr; // 用来保存客户端的ip和端口信息
    int len = sizeof(client_addr);
    int client_socket = accept(listen_socket,   (struct sockaddr *)&client_addr,  &len);
    if (client_socket == -1)
    {
        perror ("accept");
    }

    printf ("成功接收一个客户端: %s\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr));

    return client_socket;
}


void hanld_client(int client_socket)
{
    char buf[1024];
    int i;
    while(1)
    {
        // 从客户端读数据
        int ret = read(client_socket, buf, 1024);
        if (ret == -1)
        {
            perror ("read");
            break;
        }

        // 代表客户端退出
        if (ret == 0)
        {
            printf ("客户端退出\n");
            break;
        }
        buf[ret] = '\0';
        for (i = 0; i < ret-1; i++)
        {
            buf[i] = buf[i] + 'A' - 'a';
        }

        write(client_socket, buf, ret);
        printf ("发送数据：%s\n", buf);
    }


    close (client_socket);
}

int main()
{
    // 初始化套接字
    int listen_socket = init_socket();

    while (1)
    {
            // 获取与客户端连接的套接字
        int client_socket = MyAccept(listen_socket);

        // 处理客户端请求
        hanld_client(client_socket);
    }
    close (listen_socket);

    return 0;
}

客户端
1.创建一个socket，用函数socket()
2.设置要连接的对方的IP地址和端口等属性
3.连接服务器，用函数connect()
4.收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()
5.关闭网络连接

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

#define PORT  9999

// 客户端向服务器发送数据
void ask_server(int socketfd)
{
    char buf[1024];

    while (1)
    {
        fgets(buf, 1024, stdin);

        if (strncmp(buf, "end", 3) == 0)
        {
            break;
        }

        write (socketfd, buf, strlen(buf));

        int ret = read (socketfd, buf, 1023);
        buf[ret] = '\0';

        printf ("buf : %s\n", buf);
    }
}


int main()
{   
    // 创建与服务器通信的套接字
    int socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (socketfd == -1)
    {
        perror ("socket");
        return -1;
    }

    // 连接服务器
    struct sockaddr_in addr;
    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_family  = AF_INET;     // 设置地址族
    addr.sin_port    = htons(PORT); // 设置本地端口
    inet_aton("127.0.0.1",&(addr.sin_addr));


    // 连接服务器，如果成功，返回0，如果失败，返回-1
    // 成功的情况下，可以通过socketfd与服务器进行通信
    int ret = connect(socketfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    if (ret == -1)
    {
        perror ("connect");
        return -1;
    }

    printf ("成功连上服务器\n");

    ask_server(socketfd);

    // 关闭套接字
    close(socketfd);

    return 0;
}