网络编程套接字socket简单用法

一、IP地址

1、什么是IP地址

IP地址是指计算机在网络上的地址，一台计算机可以有多个IP地址（看网卡上配置了多少个地址），通过IP地址，一台计算机可以找到远在千里之外的另一台计算机，并将信息投递给它。IP地址对应IP协议，IP协议工作在OSI七层模型中的网络层。

2、IP报文结构（IPv4）

我们先来看看IP报文结构图：

（1）版本字段：长度为4位，表示所使用的网络层IP的版本号。版本字段值为4，表示IPv4；值为6，表示IPv6。
（2）报文长度：长度字段为4位，IP分组的分组长度在20~60字节；IP分组的分组头必须是4字节的整数倍，如果不是，则由填充字段“添0”补充。
（3）服务类型：长度为8位，用于指示路由器如何处理该分组。服务类型由4位服务类型字段和3为优先级字段构成，有1位的保留位
（4）总长度：长度为16位，它定义的是以字节为单位的分组总长度，是报文长度与数据长度之和。他表示的IP分组的最大长度为65535字节。
（5）生存时间TTL：设置了数据包可以经过的路由器数目。一旦经过一个路由器，TTL的值就会减1，当该字段为0时，数据包被抛弃。
（6）头校验和：字段长度为8位，设置头部校验和是为了保证分组头部的数据完整性
（7）协议字段：字段长度为8位，指使用IP的高层协议类型。
（8）标识符字段：字段长度为16位，标识ID是片识别的标记，主要是为了防止出现片混乱现象。
（9）片偏移字段：长度为13位，表示分片在整个分组中的相对位置。

3、IP地址分类

为了便于寻址以及层次化构造网络，每个IP地址包括两个标识码（ID），即网络ID和主机ID。同一个物理网络上的所有主机都使用同一个网络ID，网络上的一个主机（包括网络上工作站，服务器和路由器等）有一个主机ID与其对应。Internet委员会定义了5种IP地址类型以适合不同容量的网络，即A类~E类。

4、IP地址的组成

IP地址由两部分组成，网络部分和主机部分，比如：

二、端口号

1、基本概念

如果把IP地址比作一间房子 ，端口就是出入这间房子的门。真正的房子只有几个门，但是一个IP地址的端口 可以有65536（即：256×256）个之多！端口是通过端口号来标记的，端口号只有整数，范围是从0 到65535（256×256）。
（1）端口号是一个2字节16位的整数，用来标识一个进程，告诉操作系统当前的数据要交给哪一个进程来处理。
（2）IP地址用于标识一个主机的地址，端口号用于标识进程，所以IP地址+端口号能够标识网络上的某一台主机的某一个进程。
（3）一个端口号只能被一个进程占用。

2、理解“端口号”与“进程ID”

进程ID表示唯一一个进程，端口号也标识一个进程，那么端口号与进程ID之间有什么关联呢？
端口号与进程ID的关系就相当于工号与身份证号的关系；
一个进程可以绑定多个端口号，但是一个端口号只能被一个进程占用。

3、源端口号和目的端口号

源端口标识发起通信的那个进程，目的端口标识接受通信的那个进程。有了端口号，接受到报文后才能够知道将报文发送到哪个进程。

三、TCP协议

TCP是TCP/IP协议栈中的传输层的协议，TCP协议又叫传输控制协议(Transport Control Protocal)，是面向连接的，可靠的字节流服务。

四、UDP协议

UDP是传输层协议，和TCP协议处于一个分层中，但是与TCP协议不同，UDP协议并不提供超时重传，出错重传等功能，也就是说其是不可靠的协议。

五、网络字节序

1、基本概念

网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用big endian（大端）排序方式。
字节序可分为两类：
a) Little-Endian：就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian：就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

2、几种转换函数（网络字节序与主机字节序的转换）

#include<arpa/inet.h>
unit32_t htonl(unit32_t hostlong）；
unit16_t htons(unit16_t hostshort);
unit32_t ntohl(unit32_t netlong);
unit16_t ntohs(unit16_t netshort);

这些函数名很好记,h表示host,n表⽰示network,l表示32位长整数,s表示16位短整数。
例如htonl表示将32位的长整数从主机字节序转换为网络字节序,例如将IP地址转换后准备发送。
如果主机是小端字节序,这些函数将参数做相应的大小端转换然后返回;
如果主机是大端字节序,这些 函数不做转换,将参数原封不动地返回

六、socket编程接口

1、创建socket文件描述符

函数说明：domain：表示协议簇 type：协议类型 protocol：协议编号
返回值：调用成功，返回一个标识该套接字的文件描述符，失败返回-1.

2、绑定端口号

函数说明：
sockfd:用socket函数创建的文件描述符。
addr:指向一个结构为sockaddr参数的指针，sockaddr包含了地址、端口和IP地址等信息。

3、监听socket

4、接收请求

5、建立连接

sockaddr 结构

sockaddr_in 结构

七、简单的UDP网络程序

client.c（客户端）

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<sys/socket.h>
  3 #include<string.h>
  4 #include<stdlib.h>
  5 #include<sys/types.h>
  6 #include<netinet/in.h>
  7 #include<arpa/inet.h>
  8 
  9 
 10 int main(int argc,char* argv[])
 11 {
 12   int sock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
 13   if(sock<0)
 14   {
 15     perror("socket");
 16     return 2;
 17   }
 18 
 19   struct sockaddr_in server;
 20   server.sin_family=AF_INET;
 21   server.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
 22   server.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
 23 
 24   char buf[1024];
 25   struct sockaddr_in peer;
 26   while(1)
 27   {
 28     socklen_t len=sizeof(peer);
 29     printf("Please Enter#");
 30     fflush(stdout);
 31     ssize_t s=read(0,buf,sizeof(buf)-1);
 32     if(s>0)
 33     {
 34         buf[s-1]=0;
 35         sendto(sock,buf,strlen(buf),0,\
 36                 (struct sockaddr*)&server,sizeof(server));
 37         ssize_t _s = recvfrom(sock, buf, sizeof(buf)-1, 0,\
 38                 (struct sockaddr*)&peer, &len);
 39         if(_s>0)
 40         {
 41             buf[_s]=0;
 42             printf("server echo# %s\n",buf);
 43         }
 44     }
 45   }
 46 }

server.c（服务器端）

  1 #include<stdio.h>
  2 #include<sys/socket.h>
  3 #include<string.h>
  4 #include<netinet/in.h>
  5 #include<arpa/inet.h>
  6 #include<stdlib.h>
  7 #include<sys/types.h>
  8 
  9 int main(int argc, char* argv[])
 10 {
 11   int sock=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
 12   if(sock<0){
 13     perror("socket");
 14     return 2;
 15   }
 16 
 17   struct sockaddr_in local;
 18   local.sin_family=AF_INET;
 19   local.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
 20   local.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
 21 
 22   if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local))<0)
 23   {
 24     perror("bind");
 25     return 3;
 26   }
 27 
 28   char buf[1024];
 29   struct sockaddr_in client;
 30   while(1)
 31   {
 32     socklen_t len=sizeof(client);
 33     ssize_t s=recvfrom(sock,buf,sizeof(buf)-1,0,\
 34             (struct sockaddr*)&client,&len);
 35     if(s>0)
 36     {
 37         buf[s]=0;
 38         printf("[%s:%d]:&s\n",inet_ntoa(client.sin_addr),\
 39                 ntohs(client.sin_port),buf);
 40         sendto(sock,buf,strlen(buf),0,\
 41                 (struct sockaddr*)&client,sizeof(client));
 42     }
 43   }
 44 
 45 }