网络基础—socket编程（1）

1. socket网络编程的含义
   linux网络编程是通过socket(套接字)接口实现，socket是一种文件描述符（可类比文件操作），socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种”打开—读/写—关闭”模式的实现，服务器和客户端各自维护一个”文件”，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

2. 常见 socket 分类
   （1）流式socket（SOCK_STREAM ）
   流式套接字提供可靠的、面向连接的通信流；它使用TCP 协议，从而保证了数据传输的正确性和顺序性。
   （2）数据报socket（SOCK_DGRAM ）
   数据报套接字定义了一种无连接的服 ，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证是可靠、无差错的。它使用数据报协议UDP。
   （3）原始socket（SOCK_RAW）
   原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP进行直接访问，功能强大但使用较为不便，主要用于一些协议的开发。

3. socket 编程常用函数
   （1）int socket(int family, int type, intprotocol); 用以创建一个socket
   family指定协议族；type参数指定socket的类型：SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW；protocol通常赋值0, socket()调用返回一个整型socket描述符
   （2）int bind(int sockfd, struct sockaddr*my_addr, int addrlen); 用于绑定IP地址和端口号到socket
   sockfd是一个socket描述符，my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针;addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr),bind()函数在成功被调 用时返回0；遇到错误时返回”-1”并将errno置为相应的错误号
   （3）int connect(int sockfd, struct sockaddr*serv_addr, int addrlen); 该函数用于绑定之后的client端，与服务器建立连接
   sockfd是目的服务器的sockect描述符；serv_addr是服务器端的IP地址和端口号的地址,addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。遇到错误时返回-1，并且errno中包含相 应的错误码
   （4）int listen(int sockfd， int backlog); 设置能处理的最大连接数，listen()并未开始接受连线，只是设置sockect为listen模式
   sockfd是socket系统调用返回的服务器端socket描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数
   （5）int accept(int sockfd, struct sockaddr*addr, int *addrlen); 用来接受socket连接
   sockfd是被监听的服务器socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求的客户端地址；addrten通常为一个指向值为 sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。错误发生时返回一个-1并且设置相应的errno值
   （6）int send(int sockfd, const void *msg, intlen, int flags); 发送数据
   sockfd是你想用来传输数据的socket描述符，msg是一个指向要发送数据的指针。 len是以字节为单位的数据的长度。flags一般情况下置为0
   （7）int recv(int sockfd,void *buf,intlen,unsigned int flags); 接收数据
   sockfd是接受数据的socket描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。flags也被置为0。recv()返回实际上接收的字节数，或当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。
   （8）int sendto(int sockfd, const void *msg,intlen,unsigned int flags,const struct sockaddr *to,int tolen); 发送数据,用于面向非连接的socket（SOCK_DGRAM/SOCK_RAW）
   该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。
   （9）int recvfrom(int sockfd,void *buf,intlen,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen); 接受数据,用于面向非连接的socket（SOCK_DGRAM/SOCK_RAW）
   from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof(struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno

4. 其他数据结构各函数
   （1）in_addr_t inet_addr(const char *strptr); 将字符串IP地址转换为IPv4地址结构in_addr值
   （2）char * inet_ntoa(struct in_addr *addrptr); 将IPv4地址结构in_addr值转换为字符串IP
   （3）struct hostent *gethostbyname(const char*name); 域名和IP地址的转换
   函数返回一种名为hostent的结构类型，它的定义如下：

struct hostent 
{ 
char h_name; / 主机的官方域名 */ 
char *h_aliases; / 一个以NULL结尾的主机别名数组 */ 
int h_addrtype; /* 返回的地址类型，在Internet环境下为AF-INET */ 
int h_length; /地址的字节长度 / 
char *h_addr_list; / 一个以0结尾的数组，包含该主机的所有地址*/ 
　　}; 
#define h_addr h_addr_list[0] //在h-addr-list中的第一个地址 

（4）相同字节序的平台在进行网络通信时可以不进行字节序转换，但是跨平台进行网络数据通信时必须进行字节序转换。
原因如下：网络协议规定接收到得第一个字节是高字节，存放到低地址，所以发送时会首先去低地址取数据的高字节。小端模式的多字节数据在存放时，低地址存放的是低字节，而被发送方网络协议函数发送时会首先去低地址取数据（想要取高字节，真正取得是低字节），接收方网络协议函数接收时会将接收到的第一个字节存放到低地址（想要接收高字节，真正接收的是低字节），所以最后双方都正确的收发了数据。而相同平台进行通信时，如果双方都进行转换最后虽然能够正确收发数据，但是所做的转换是没有意义的，造成资源的浪费。而不同平台进行通信时必须进行转换，不转换会造成错误的收发数据，字节序转换函数会根据当前平台的存储模式做出相应正确的转换，如果当前平台是大端，则直接返回不进行转换，如果当前平台是小端，会将接收到得网络字节序进行转换。
htons() –将一个16位数从主机字节顺序转换成网络字节顺序。 返回值：htons()返回一个网络字节顺序的值
ntohs() –本函数将一个16位数由网络字节顺序转换为主机字节顺序。 返回值：ntohs()返回一个以主机字节顺序表达的数

5.基于TCP的socket 的客户端和服务端实现过程
（1）TCP的服务器程序结构
——创建一个socket,用函数socket()
——绑定IP地址、端口信息到socket上，用函数bind()
——设置允许的最大连接数，用函数listen（）
——接受客户端的连接，用函数accept()
——收发数据，用send()、recv()或者read()、write()
——关闭网络连接
（2） TCP的客户端程序结构：
——创建一个socket,用函数socket()
——设置要连接的服务器的IP地址和端口属性
——连接服务器，用函数connet()
——收发数据，用send()、recv()或者read()、write()
——关闭网络连接

6.基于UDP的socket 的客户端和服务端的实现过程
（1）UDP的服务器程序结构
——创建一个socket,用函数socket()
——绑定IP地址、端口信息到socket上，用函数bind()
——循环接受数据，用函数recvform()
——关闭网络连接
（2）UDP的客户端程序结构：
——创建一个socket,用函数socket()
——设置要连接的服务器的IP地址和端口属性
——发送数据，用函数sento()
——关闭网络连接

基于TCP的socket 服务端和客户端实现
——服务端

#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <errno.h> 
#include <string.h> 
#include <netdb.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <netinet/in.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define PORTNUM 6789
#define MAX_SIZE 1024
int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    int sockfd,new_fd; 
    struct sockaddr_in server_addr; 
    struct sockaddr_in client_addr;
    int sin_size; 
    char msg[MAX_SIZE] = "Hello! ...\n"; 
    //未做异常判断 socket() bind() listen() accept() wirte()错误返回值为-1 
    sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 

    bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
    server_addr.sin_family=AF_INET; 
    server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); //
    //server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1"); 
    server_addr.sin_port=htons(PORTNUM); 

   int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)); 

    ret = listen(sockfd,5); 

    while(1) 
    { 
        sin_size=sizeof(struct sockaddr_in); 
        new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size); 
        fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));

        ret = write(new_fd,msg, strlen(msg)); 
        while(1)
        {
            bzero(msg, MAX_SIZE);
            fgets(msg, MAX_SIZE, stdin);
            msg[strlen(msg) - 1] = '\0';
            printf("inputed: %s----input \"exit\" to quit\n", msg);
            if(strcmp(msg, "exit") == 0) break;
            ret = write(new_fd, msg, strlen(msg));
        }
        close(new_fd); 
    } 

    close(sockfd); 
    exit(0); 
}

——客户端

#include <stdlib.h> 
#include <stdio.h> 
#include <errno.h> 
#include <string.h> 
#include <netdb.h> 
#include <sys/types.h> 
#include <netinet/in.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <arpa/inet.h> 


#define PORTNUM 6789 

int main(int argc, char *argv[]) 
{ 
    int sockfd; 
    char buffer[1024]; 
    struct sockaddr_in server_addr; 
    struct hostent *host; 
    int nbytes; 


    host=gethostbyname(argv[1]);//返回值不为NULL时正确 

    sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); 
    server_addr.sin_family=AF_INET; // IPV4
    server_addr.sin_port=htons(PORTNUM); //
    server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr); // IP地址

    int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)); 

    while((nbytes = read(sockfd, buffer, 1024)) != -1) 
    {
        if(nbytes > 0) 
        {
            buffer[nbytes]='\0'; 
            printf("client received:%s\n",buffer); 
            bzero(buffer, 1024);
        }
    }


    close(sockfd); 
    exit(0); 
}