漫话linux:sockaddr

最新推荐文章于 2024-12-23 10:59:28 发布

c栈算法小辰哥

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分类专栏：漫话linux 文章标签： linux 运维服务器

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1.Socket API

它是一层网络编程接口，抽象了底层的网络协议，定义在netinet/in.h中，适用于多种网络通信方式，如IPV4,IPV6以及UNIX域套接字（用于本地进程间通信），通过Socket API程序可以实现跨网络的进程间通信（如通过IP地址和端口号进行的网络通信），也可以实现本地的进程通信

常见API（感知）

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
 
// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器) 
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
 
// 开始监听socket (TCP, 服务器)
int listen(int socket, int backlog);
 
// 接收请求 (TCP, 服务器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address,socklen_t* address_len);
 
// 建立连接 (TCP, 客户端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
 socklen_t addrlen);

2.sockaddr结构

网络通信的套接字的种类很多，常见的有三种

1.unix域间套接字编程（同一个机器内）

2.原始套接字编程（网络工具）

3.网络套接字编程（用户间的网络通信）

设计者想将网络接口统一抽象化（参数类型必须统一），底层是一种多态的设计

运用场景：

1.网络套接字：运用于网络跨主机之间通信+本地通信

2.unix域间套接字：本地通信

3.原始套接字：跳过传输层访问其他层协议的有效数据，主要用于抓包或者侦测网络，现在在使用网络编程通信时是应用层调传输层的接口，而原始套接字不属于这一类

表面上是三种，其实就是参数不同的三个多态类，其他网络问题也可以将套接字改变参数进行处理

跨网络或本地通信方式有不同地址格式，套接字使用不同的结构体来封装地址信息

sockaddr_in：用于跨网络通信（例如通过IP和端口号进行通信）

sockaddr_un：用于本地通信（通过文件路径进行通信）

为了解决这些不同地址格式的兼容性问题，套接字提供了一个通用的地址结构体sockaddr，用于统一处理不同的地址结构

3.sockaddr,sockaddr_in和sockaddr_un的关系

sockaddr是一个通用的套接字地址结构，它为所有不同类型的通信方式提供了统一的接口。具体通信时sockaddr实际上指向特点的地址结构如（sockaddr_in和sockaddr_un），然后通过强制类型转换来区分通信方式，这种设计类似于对象编程的多态，sockaddr可以看作父类，而sockaddr_in和sockarr_un可以看作子类，在程序中套接字函数接受sockaddr*类型的参数，然后根据具体的通信信息进行处理

sockaddr结构体

struct sockaddr {
    __SOCKADDR_COMMON(sa_); /* 公共数据：地址家族和长度 */
    char sa_data[14];       /* 地址数据 */
};

sockaddr_in结构体（IPV4套接字地址）

struct sockaddr_in {
    __SOCKADDR_COMMON(sin_);
    in_port_t sin_port;      /* 端口号 */
    struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */
    unsigned char sin_zero[sizeof(struct sockaddr) - 
                           __SOCKADDR_COMMON_SIZE - 
                           sizeof(in_port_t) - 
                           sizeof(struct in_addr)];
};

sockaddr_un结构体（Unix域套接字地址）

struct sockaddr_un {
    __SOCKADDR_COMMON(sun_);
    char sun_path[108]; /* 文件路径 */
};

4.sockaddr通用结构的意义

sockaddr作为通用结构，它的前16个比特位用于存储协议家族（sa_family字段），这个字段用于表明是那种通信方式

AF_INET：IPV4网络通信

AF_INET6：IPV6网络通信

AF_UNIX：本地通信（UNIX域套接字）

通过这种设计，Socket API可以通过统一的函数接口，处理不同类型的地址格式，开发者只需要将具体地址结构转换为sockaddr，并设置协议家族字段，套接字函数能识别出应该进行那种通信

5.通用性带来的优势

Socket API的这种设计带来了极大的通用性，使得开发者在同一套代码中处理不同的协议类型，比如函数sendto()或recvfrom()可以接受sockaddr*作为参数，无论是处理IPV4，IPV6还是UNIX Domacin Socket，代码都不需要做出太大改动

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

在这个函数中，dest_addr是一个通用的sockaddr*，程序只需根据实际使用的通信方式（如IPV4或IPV6）并对其进行强转类型转换即可

6.IPV4域IPV6的地址表示

IPV4地址格式：使用sockaddr_in结构体，地址类型是AF_INET,端口号和IP地址需要转换为网络字节序也就是大端序

IPV6地址格式：使用sockaddr_in6结构体，地址类型是AF_INET6

7.代码示例

in_addr结构体（用于表示IPV4地址）

typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr {
    in_addr_t s_addr; // 32位IP地址
};

in_addr是一个32位的整数，用来表示IPV4的IP地址，通信过程中，IP地址通常是通过字符串格式如（122.51.179.128）转换为in_addr_t类型的数值来表示

8.总结

通过sockaddr结构体，Socket API实现了网络通信和本地通信的统一接口，它的设计理论类似于多态，即通过一个通用的接口来处理多种类型的地址格式