Linux C网络编程

1.Linux套接字

1.1 套接字介绍

套接字(Sockets)，即为网络进程ID，是由运行这个进程的计算机的IP地址和这个进程使用的端口(Port)组成.

可以只用’netstat-all’ 查看当前系统中网络应用进程的套接字和端口. 可以使用 > 输出重定向到文件.

1.2 套接字的结构

Linux在头文件<sys/socket.h>中定义了通用的套接字结构类型,可供不同协议调用

struct sockaddr
{
unsigned short int sa_family;//表示套接字的协议类型,如常见的IPv4,IPv6
    unsigned char sa_data[14];//14个字节的协议地址,包含了IP地址和端口
}

除了sockaddr之外,Linux还在<netinet/in.h>中定义了另外一种结构类型 sockaddr_in ,它和sockaddr等效且可以互相转换.通常用于TCP/IP协议

struct sockaddr_in
{
int sa_len;    //长度单位,通常使用默认值16
    short int sa_family;//协议族
    unsigned short int sin_port;//端口号
    struct in_addr sin_addr;//IP地址
    unsigned char sin_zero[8];//填充0,保证与struct sockaddr同样大小
}

对其中struct in_addr sin_addr说明如下

struct sin_addr
{
in_addr_t s_addr; //32 IPv4地址
}

常见协议对应的sa_famliy值

2.Linux网络操作函数

2.1 字节顺序转换函数族

往往网络上的不同机器,数据存储模式不同,小型机通常为小端模式,大型机为大端模式.所以往往需要字节转换.

Linux 提供了htonl ,htons,ntohl ,ntohs函数处理大端和小端模式转换

解释:htonl/htons:host to network long/short ;同理 ntohl/ntohs:network to host long/short

#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);

32为long数据通常存放IP地址,16为通常存放端口号

htonl:将32为PC机数据(小端)转为32位网络传输数据(大端)

2.2 字节操作函数族

套接字与字符串不同,套接字是多字节数据而不是以空字符串结尾.Linux提供了若干函数,在内存上直接操作套接字

2.2.1

第一组函数是与BSD系统兼容的函数,包括bzero,bcopy,bcmp.

bzero:将参数s指定的前n个字节设置为0,通常用来对套接字地址清零

#include <strings.h>
void bzero(void *s,size_t n);

bcopy:从参数src指定的内存区域,拷贝指定数目字节内容到dest指定内存区域

#include <strings.h>
void bcopy(const void* s1,void *dest,size_t n);

bcmp:用于比较是参数s1和参数s2指定内存区域的前n字节.如果相同返回0,否则返回非0

#include <strings.h>
int bcmp(const void *s1,const void *s2,size_t n);

2.2.2

2.3 IP地址转换函数族

IP地址通常是点分十进制表示,Linux网络编程中会使用32二进制值.Linux提供了若干函数保证二者相互转换

2.4 域名转换函数族

实际网络编程中往往会遇到www.baidu.com这样的域名Linux提供了函数让域名转为IP地址和让IP地址转域名

3. 套接字编程

3.1 创建套接字描述符函数

Liunx使用socket函数创建套接字描述符

#include <sys/type.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain,int type,int protocol);

函数调用成功,则返回套接字描述符(正整数),否则返回-1

参数说明

• domain: 套接字协议族,支持类型如下

  协议族名称	描述
  AF_UNIX,AF_LOCAL	本地交互协议
  AF_INET	IPv4协议
  AF_INET6	IPv6协议
  …	…

• type:指定当前套接字类型

  类型名称	描述
  SOCK_STREAM	数据流
  SOCK_DGRAM	数据报
  SOCK_SEQPACKET	顺序数据报
  SOCK_RAW	原始套接字
  SOCK_RDM	可靠传递消息
  SOCK_PACKET	数据包

• protoclo:通常情况下设置为0,表示使用默认协议

3.2 绑定套接字函数

在创建套接字后需要将本地地址和套接字绑定,可以调用bind函数

#include <sys/type.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

sockfd是创建套接字时对于的套接字描述符.addr是本地地址.addrlen是套接字对应的地址结构长度;

bind函数执行成功返回0,否则返回-1

bind函数绑定模式有5种:

…等待更新

3.3 建立连接函数

使用socket函数建立套接字并绑定地址后,即可使用connect函数和服务器建立连接

#include <sys/type.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socken_t addrlen);

参数sockfd是套接字创立后函数socket返回的套接字描述符;

参数addr指定远程服务器的套接字地址,包括服务器地址和端口号;

参数addrlen 指定套接字地址长度;

调用connect函数成功后,返回0,否则为-1

3.4 倾听套接字切换函数

socket函数直接创立的是主动套接字,用来发送请求的.如果是服务器需要倾听套接字,接受请求.使用listen函数将套接字转换为倾听套接字

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd,int backlog);

参数sockfd使套接字描述符；backlog是请求队列的最大长度

baclog的作用：

…待更新

3.5接受连接函数

当服务器接收到一个连接后，可以使用函数accept从倾听套接字的完成连接队列中接受一个连接。如果完成连接队列为空，则进程进入睡眠。

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr ,socklen_t *addrlen);

3.6 关闭连接函数

#include <unistd.h>
int close(int fd);

3.7 套接字读写函数

int read(int fd,char *buf,int len);
int write(int fd,char *buf,int len);

3.8 套接字地址获取函数

#include <sys/socket.h>
int getsockname(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);
int getpeername(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);

3.9 发送和接受函数

#include <sys/type.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int socketfd,const void *buf,size_t len,int flags);
ssize_t recv(int socketfd,const void *buf,size_t len,int flags);

4. Linux TCP编程

4.1 TCP工作流程

• 服务器先用socket函数建立套接口,用这个套接口完成通信的监听和数据收发
• 服务器利用bind函数绑定一个IP地址和端口号,使套接口与指定端口号,IP地址相关联
• 服务器调用listen函数,使服务器和这个端口和IP处于监听状态,等待网络中某一客户的连接请求
• 客户机用socket函数建立套接口,设定远程IP和端口.
• 客户机调用connect函数连接远程计算机的指定的端口
• 服务器调用accept函数接受远程计算机的连接请求,建立起与客户机之间的通信连接
• 连接连接后,客户机里用write函数或者send函数乡socket中写入数据,也可以使用read函数或recv函数读取服务器发送来的数据
• 服务器利用read函数或者recv函数读取客户机发送来的数据,也可以使用write函数或者send函数来发送数据
• 完成通信后,使用close函数关闭socket连接

5. Linux UDP编程

待更新…