LinuxC—网络套接字

网络套接字socket

1 跨主机传输需要注意的问题

1.1 字节序问题

大端存储与小端存储

• 大端：低地址处方高字节
• 小端：低地址处方低字节

主机字节序和网络字节序

若两个主机的字节序存储方式不同，直接传输的数据被对方接收后会就会使完全错误的，为了避免这种情况发生，从而引入主机字节序(host)和网络字节序(network)。即网络中的数据传输用同一中网络字节序，各个主机提供主机字节序与网络字节序相互转换的接口：

• hton(s/l) 主机转网络
• ntoh(s/l) 网络转主机

1.2 对齐

比如对于下面的这个结构体：

struct {
   
    int i;
    float f;
    char ch;
}；

他所占的字节内存空间并不是9个字节而是12个字节，这是因为编译器为了方便数据处理而采取了对齐处理，这样的一个结构体在不同的主机上的对齐方式可能不一样，从而导致传输的数据不能被正确的解析，所以应该让结构体不对齐

即在定义结构体的时候通过宏来告诉编译器不进行对齐处理

1.3 类型长度的问题

不同机器或编译器对于常用数据类型的长度的定义是不一样的，解决办法就是使用诸如以下的数据类型：

• int32_t
• uint32_t
• int63_t
• …

2 socket是什么

一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议进行通信的接口，是应用程序与网络协议根进行交互的接口。

3 socket函数

• socket()

  用domain协议族中的protocol协议来完成type类型的传输

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

• 成功返回一个socket文件描述符，否则返回-1并设置errno
• domain的值

Name                Purpose                          Man page
AF_UNIX, AF_LOCAL   Local communication              unix(7)
AF_INET             IPv4 Internet protocols          ip(7)
AF_INET6            IPv6 Internet protocols          ipv6(7)
AF_IPX              IPX - Novell protocols
AF_NETLINK          Kernel user interface device     netlink(7)
AF_X25              ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol   x25(7)
AF_AX25             Amateur radio AX.25 protocol
AF_ATMPVC           Access to raw ATM PVCs
AF_APPLETALK        AppleTalk                        ddp(7)
AF_PACKET           Low level packet interface       packet(7)
AF_ALG              Interface to kernel crypto API

• type的值

SOCK_STREAM(流式)     Provides sequenced, reliable, two-way, connection-based byte streams.  An out-of-band data transmission mechanism may be supported.

SOCK_DGRAM(报式)      Supports datagrams (connectionless, unreliable messages of a fixed maximum length).

SOCK_SEQPACKET  Provides  a sequenced, reliable, two-way connection-based data transmission path for datagrams of fixed maximum length; a consumer is required to read an entire packet with
each input system call.

SOCK_RAW        Provides raw network protocol access.

SOCK_RDM        Provides a reliable datagram layer that does not guarantee ordering.

SOCK_PACKET     Obsolete and should not be used in new programs; see packet(7).

4 报式套接字UDP

4.1 基本过程

被动端(先运行)

• 取得socket
• 给socket取得地址
• 收/发消息
• 关闭socket

主动端

• 取得socket
• 给socket取得地址(可省略，系统给默认的端口)
• 发/收消息
• 关闭socket

4.2 相关函数

socket() 创建socket

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

bind() 绑定对应的端口

​ sockaddr这个结构体并不存在，需要根据我们socket中所采用的协议族来确定使用什么样的结构体，addrlen就是实际 使用的结构体的大小。成功返回0，失败返回-1并设置errno

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

​ 当采用AF_INET（ipv4）协议的时候，所使用的结构体为：

struct sockaddr_in {
   
    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET  协议族*/
    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order  绑定的端口*/
    struct in_addr sin_addr;   /* internet address ip地址*/
};

/* Internet address. */
struct in_addr {
   
    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order 整型ip地址*/
};

• 补充函数inet_pton()将点分的IPV4地址转换成一个整型，af是协议族，src是点分IPV4地址，dst是存放整型结果的地址

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

• inet_ntop() 将大整数IP地址转换成点分式

const char *inet_ntop(int af, const void *src,
                      char *dst, socklen_t size);

recvfrom()

​ 从sockfd中接受len字节的数据到buf中，flags为特殊要求，src_addr和addrlen是对端(发送端)地址和地址的长度的地 址

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

sendto()

​ 从sockfd中发送buf中len字节数据到网络中，flags为特殊要求，dest_addr和addrlen为接受端的地址和地址长度信息

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

close() 关闭socket

int close(int fd);

setsockopt() 设置socket的options，成功返回0，失败返回-1并设置errno

• 对sockfd某一个层面level中的某一个属性optname进行设置

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,
               const void *optval, socklen_t optlen);		

getsockopt() 获取socket的options

int getsockopt(int sockfd, int level, int optname,
               void *optval, socklen_t *optlen);

4.3 报式传输实例

要传输的数据的格式

#ifndef SOCKET_PROTO_H
#define SOCKET_PROTO_H

#define NAMEMAX (512 - 8 - 8)
#define RCVPORT "1999"

struct msg_st {
   
    u_int32_t math;
    u_int32_t chinese;
    u_int8_t name[1];
} __attribute__((packed));

#endif //SOCKET_PROTO_H

接收方

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#include "proto.h"

#define IPSTRSIZE 64

int main() {
   
    int sd;
    struct sockaddr_in laddr, raddr;
    struct msg_st rbuf;
    socklen_t raddr_len;
    char ipstr[IPSTRSIZE];

    //1 取得socket用ipv4协议中默认支持报式传输的协议
    sd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sd < 0) {
   
        perror("socket()");
        exit(1);
    }
    //2 给socket绑定地址
    laddr.sin_family = AF_INET;
    laddr.sin_port = htons(atoi(RCVPORT));
    inet_pton(AF_INET, "0.0.0.0", &laddr.sin_addr.s_addr);
    if (bind(sd, (void *) &laddr, sizeof (laddr)) < 0) {
   
        perror("bind()");
        exit(1);
    }
    //3 接受信息
    raddr_len = sizeof (raddr); /* 注意初始化发送端的地址长度！！！ */
    while (1) {
   
        recvfrom(sd, &rbuf, sizeof (rbuf), 0, (