linux 网络编程 socket编程.pdf

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1、Linux 下的下的 socket 网络网络编程编程 一一、基本数据结构基本数据结构 socket 中最常见的数据结构有 in_addr、sockaddr_in、sockaddr。1、in_addr，用来存储 32 位的 IP 地址，其 POSIX 标准结构体定义如下：struct in_addr uint32_t s_addr;/*32-bit IPv4 address，network ordered*/;【例 1.1】IP 地址的设定 in_addr test;/INADDR_ANY是一个宏，将当前服务程序绑定到所有地址 test.s_addr=htonl(INADDR_ANY);/ine

2、t_addr()函数的作用是将字符串形式的IP地址转换成整数值 test.s_addr=inet_addr(“192.168.0.1”);2、sockaddr_in，用于存储 internet 协议族、端口号和 IP 地址，其结构体原型如下：struct sockaddr_in short sin_family;/AF_INET u_short sin_port;/16-bit port struct in_addr sin_addr;/32-bit network ordered IP address char sin_zero8;/reserved;【例 1.2】服务器端地址设定 stru

3、ct sockaddr_in serverAddr;memset(&serverAddr,0,sizeof(serverAddr);/清零 serverAddr.sin_family=AF_INET;/采用TCP/IP协议 serverAddr.sin_port=htons(5050);/端口号 serverAddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);/服务程序绑定到所有地址【例 1.3】客户端连接服务器 struct sockaddr_in serverAddr;memset(&serverAddr,0,sizeof(serverAddr);/清零 serv

4、erAddr.sin_family=AF_INET;/采用TCP/IP协议 serverAddr.sin_port=htons(5050);/服务器端口号 serverAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(“192.168.0.1”);/服务器IP地址 3、sockaddr,通用套接字地址结构 在诸如 bind()等函数的参数类型中使用，其实质为定义一个通用的类型接口。其原型为：struct sockaddr uint8_t sa_len;sa_family_t sa_family;/address family:AF_xxx value char sa_data14;

5、/protocol-specific address;二二、常用套接字函数常用套接字函数 1、创建套接字创建套接字#include#include int socket(int domain,int type,int protocol);函数返回值函数返回值：创建新的套接字成功则返回新分配的套接字号，否则返回-1 参数说明参数说明：domain 常见取值如下：AF_UNIX UNIX 域协议（文件系统套接字）AF_INET ARPA 因特网协议（UNIX 网络套接字）AF_ISO ISO 标准协议 AF_NS 施乐（Xerox）网络系统协议 AF_IPX Novell IPX 协议 AF_AP

6、PLETALK Appletalk DDS type 常见取值如下：SOCK_STREAM 用 TCP 通信 SOCK_DGRAM 用 UDP 通信 SOCK_RAW 原始套接字，作用在网络层，支持对 IP 包进行操作 protocol，用于指定套接字所采用的特定协议，如果不希望指定任何的协议，可将该参数置为 0，即使用默认连接方式 2、绑定套接字绑定套接字 将一个套接字号与一个特定的地址(包括 IP 与端口号)信息关联起来，以便当客户端请求时系统可以找到对应的服务程序处理客户端的请求。#include int bind(int sockfd,const struct sockaddr*add

7、ress,size_t address_len);函数返回值函数返回值：绑定成功返回 0，否则返回-1 并置 errno 为下表中的一个值 EBADF 文件描述符无效 ENOTSOCK 文件描述符对应的不是一个套接字 EINVAL 文件描述符对应的是一个已命名的套接字 EADDRNOTAVAIL 地址不可用 EADDRINUSE 地址已经绑定到了一个套接字 参数说明参数说明：sockfd：用于指定需要关联的套接字。address：需要关联的地址（IP 地址+端口号）。address_len：地址的长度，一般用 sizeof(sockaddr)填充。【例 2.1】函数应用举例，创建一个地址信息，

8、并且将服务套接字进行关联。int serverSock;struct sockaddr_in serverAddr;if(serverSock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)0)/创建套接字 perror(“socket()error!”);return-1;memset(&serverAddr,0,sizeof(serverAddr);/清零 serverAddr.sin_family=AF_INET;/协议族 serverAddr.sin_port=htons(8080);/端口号 serverAddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_

9、ANY);/所要绑定的 IP 地址/关联套接字 if(bind(serverSock,(struct sockaddr*)&serverAddr,sizeof(serverAddr)0)perror(“bind()error!”);return-1;3、创建套接字服务队列创建套接字服务队列 为了能够在套接字上接受进入的连接，服务器程序必须创建一个队列用来保存未处理的请求。他用 listen()系统调用来完成这一工作。listen()函数的作用则是在指定的套接字上监听，以被动的方式等待客户端的连接请求。#include int listen(int sockfd,size_t backlog);

10、函数返回值函数返回值：绑定成功返回 0，否则返回-1 并置 errno 为 EBADF、EINVAL、ENOTSOCK中的一个值，含义与前面的 bind 系统调用中描述的一样。参数说明参数说明：sockfd：用于要关联的服务套接字 backlog：请求队列中的最大长度，一般建议设为 5。4、接受连接接受连接 一旦服务器程序在创建并命名套接字以后，它就可以通过用 accept 系统调用来等待客户建立对该套接字的连接，无客户端的连接请求时则阻塞，一直在指定的端口监听。#include int accept(int sockfd,struct sockaddr*client_address,size

11、_t*clien _address_len);函数返回值函数返回值：若函数调用成功则返回新的客户端的套接字，失败则返回-1。参数说明参数说明：sockfd：当前服务套接字。client_address：用于保存客户端的地址信息，若不关心客户端，则可置为 NULL。client_address_len：指向客户端地址长度变量的指针，若不关心客户端，则可置为 NULL。【例 2.2】应用举例：等待客户端连接，并作出相应 while(1)sockaddr_in clientAddr;socklen_t clientAddr_len=sizeof(clientAddr);int clientfd=ac

12、cept(serverSock,(struct sockaddr*)&clientAddr,&clientAddr_len);if(clintfd 0)perror(“accept error!”);return-1;/do something for the client request/注意，客户端套接字也是和服务套接字一样的资源，应记得释放 close(clientfd);5、请求连接请求连接 客户程序通过用connect系统调用来将客户端的一个未命名套接字和服务器监听套接字建立连接，从而连接到服务器。#include int accept(int sockfd,struct socka

13、ddr*server_address,size_t server _address_len);函数返回值函数返回值：连接成功返回 0，否则返回-1 并置 errno 为下表中的一个值 EBADF 传递给 sockfd 的文件描述符无效 EALREADY 该套接字上已经有一个正在进行中的连接 ETIMEOUT 连接超时 ECONNREFUSED 连接请求被服务器拒绝 参数说明参数说明：sockfd：当前客户端套接字。server_address：服务器地址。server _address_len：服务器地址的长度，一般用 sizeof(server_address)填充。6、用于用于 TCP 连

14、接的连接的发送数据发送数据和接收数据函数和接收数据函数#include int send(int sockfd,const char*data_buf,size_t data_buf_len,int flags);int recv(int sockfd,const char*data_buf,size_t data_buf_len,int flags);函数返回值函数返回值：若调用成功则返回实际发送/接收成功的字符个数，调用失败返回-1 参数说明参数说明：sockfd：用于标记已连接的套接字。data_buf：用于发送/接收数据的缓冲区的首地址。data_buf_len：用于发送/接收数据的缓

15、冲区的大小。flags：用于设定发送/接收数据的控制参数，一般可设为 0。7、用于用于 UDP 连接的发送数据和接收数据函数连接的发送数据和接收数据函数#include int sendto(int sockfd,const void*data_buf,size_t data_buf_len,int flags,const struct sockaddr to_addr,size_t to_addr_len);int recvfrom(int sockfd,const void*data_buf,size_t data_buf_len,int flags,struct sockaddr fro

16、m_addr,size_t*from_addr_len);/注意最后一个参数是指针形式 函数返回值函数返回值：若调用成功则返回实际发送/接收成功的字符个数，调用失败返回-1 参数说明参数说明：sockfd：用于标记一个已经创建好的 UDP 套接字。data_buf：用于发送/接收数据的缓冲区的首地址。data_buf_len：用于发送/接收数据的缓冲区的大小。flags：用于设定发送/接收数据的控制参数，一般可设为 0。to_addr/from_addr：用于存储目的地/来源地的地址空间信息。to_addr_len/from_addr_len：目的地/来源地的地址空间信息的长度。【例 2.3】

17、应用举例：向对等主机中 IP 地址为 192.168.1.1，端口号为 8899 的应用程序发送一个 UDP 报文。sockaddr_in peerAddr;peerAddr.sin_family=AF_INET;peerAddr.sin_port=htons(8899);peerAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(“192.168.1.1”);char buf512;strcpy(buf,“hello world!”);/所要发送的数据，假设sockfd已被正确创建 sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)

18、&peerAddr,sizeof(peerAddr);【例 2.4】应用举例：从对等主机，等待一个 UDP 数据包。sockaddr_in peerAddr;int peerAddr_len=sizeof(peerAddr);char buf512;/假设sockfd已被正确创建 recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)&peerAddr,&peerAddr_len);8、关闭套接字关闭套接字 套接字也是种有限的系统资源，用完以后应使用 close 系统调用将其关闭。#include int close(int sockfd);函

19、数返回值函数返回值：若调用成功则返回 0，调用失败返回-1 参数说明参数说明：sockfd：需要关闭的套接字 三三、两种编程模型两种编程模型 一种是建立在 TCP 之上的面向连接编程模型，另一种则是建立在 UDP 上的无连接对等（如 P2P）编程模型。UDP 程序由于通信双方是对等的，没有服务器与客户端的概念，且双方不需要建立连接便可以直接发送数据，故没有建立连接和等待请求等过程。这两种编程模型的程序框架如下：四四、网络信息网络信息 1、域名系统域名系统 获取当前运行程序的主机的名字，#include int gethostname(char*host_name,size_t host_nam

20、e_len);函数返回值函数返回值：若调用成功则返回 0，调用失败返回-1 参数说明参数说明：host_name：用来保存当前主机的名字。host_name_len：host_name 能容纳的长度，超过这个长度的部分将被自动截断。2、获取网络上的主机信息获取网络上的主机信息#include struct hostent*gethostbyname(const char*host_name);struct hostent*gethostbyaddr(const char*host_addr,size_t len,int family);函数返回值函数返回值：若调用成功则返回非空指针，调用失败返

21、回 NULL 并且设置 h_errno。其中，返回值的结构体中至少包含如下几个成员：struct hostent char*h_name;/official name of host,eg： char*h_aliases;/list of aliases int h_addrtype;/address type：AF_INET int h_length;/length of address：4(IPv4 address)char*h_addr_list;/list of IPv4 address(network ordered);h_errno 为在头文件中定义的下列几个常量值之一：HOST_

22、NOT_FOUND TRY_AGAIN NO_RECOVERY NO_DATA(等同于 NO_ADDRESS)参数说明参数说明：host_name：需要查询的主机名。如： host_addr：指向网络字节顺序地址的指针。len：地址的长度，在 AF_INET 类型地址中为 4。family：地址类型，应为 AF_INET。3、获取服务的端口 通过查找主机上服务名和端口号的映射关系，可以来获取某台计算机的主机数据库信息。#include struct servent*getservbyname(const char*name,const char*protocol_name);struct se

23、rvent*getservbyport(int port,const char*protocol_name);/返回值结构体所具有的成员至少包括如下几个成员 struct servent char*s_name;/official service name char*s_aliases;/alias list int s_port;/port number,network ordered char*s_proto;/protocol to use,as tcp,udp;函数返回值函数返回值：若调用成功则返回非空指针，调用失败返回 NULL 参数说明参数说明：name：指向服务名称的首地址 po

24、rt：网络字节序的端口地址。protocol_name：服务所用的协议类型，可为 tcp、udp、NULL 三者之一。【例 4.1】代码示例：获取服务信息 struct servent*server_info;server_info=getservbyname(“domain”,”udp”);/DNS using UDP server_info=getservbyname(“ftp”,”tcp”);/FTP using TCP server_info=getservbyname(“ftp”,NULL);/FTP using TCP server_info=getservbyname(“ftp”

25、,”udp”);/this call will fail server_info=getservbyport(htons(53),”udp”);/DNS using UDP,port 53 server_info=getservbyport(htons(21),”tcp”);/FTP using TCP server_info=getservbyport(htons(21),NULL);/FTP using TCP server_info=getservbyport(htons(21),”udp”);/this call will fail 网络编程常用辅助函数网络编程常用辅助函数 一一、主机

26、字节序与网络字节序之间相互转换的函数主机字节序与网络字节序之间相互转换的函数#include uint16_t htons(uint16_t host16bitvalue);/均返回网络字节序的值 uint32_t htonl(uint32_t host32bitvalue);uint16_t ntohs(uint16_t net16bitvalue);/均返回主机字节序的值 uint32_t ntohl(uint32_t net32bitvalue);二二、ANSI C 内存操内存操纵函数纵函数#include void*memset(void*dest,int ch,size_t len)

27、;void*memcpy(void*dest,const void*src,size_t nbytes);int memcmp(void*ptr1,const void*ptr2,size_t nbytes);/相等返回 0，否则返回0 三三、ASCCII 字符串地址格式转换成网络字节序地址格式字符串地址格式转换成网络字节序地址格式#include/推荐使用方式，字符串有效则为1，否则为0 int inet_aton(const char*strptr,struct in_addr*addtptr);/转换成功返回二进制的IPv4地址，否则返回INADDR_NONE in_addr_t inet_addr(const char*strptr);/不能处理255.255.255.255故不推荐使用 char*inet_ntoa(struct in_addr inaddr);/返回一个指向点分十进制数串的指针