linux網(wǎng)絡(luò)編程socket介紹

發(fā)布時(shí)間：2013-10-30 09:18:09 作者：佚名

linux網(wǎng)絡(luò)程序分為服務(wù)端程序和客戶端程序，linux編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)程序時(shí)，一般是基于TCP協(xié)議或者UDP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的。

一.概念介紹
網(wǎng)絡(luò)程序分為服務(wù)端程序和客戶端程序。服務(wù)端即提供服務(wù)的一方，客戶端為請(qǐng)求服務(wù)的一方。但實(shí)際情況是有些程序的客戶端、服務(wù)器端角色不是這么明顯，即互為客戶端和服務(wù)端。
我們編寫(xiě)網(wǎng)絡(luò)程序時(shí)，一般是基于TCP協(xié)議或者UDP協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的。
TCP：(Transfer Control Protocol)傳輸控制協(xié)議是一種面向連接的協(xié)議, 當(dāng)我們的網(wǎng)絡(luò)程序使用這個(gè)協(xié)議的時(shí)候,網(wǎng)絡(luò)可以保證我們的客戶端和服務(wù)端之間的傳輸是可靠的。
UDP:(User Datagram Protocol)用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議是一種非面向連接的協(xié)議, 這種協(xié)議并不能保證我們的網(wǎng)絡(luò)程序的連接是可靠的。
我們編寫(xiě)的網(wǎng)絡(luò)程序具體采用哪一類(lèi)協(xié)議，要視具體情況而定。比如，如果是大數(shù)據(jù)量的通信，而且對(duì)數(shù)據(jù)的完整性要求不是特別高，則可以采用UDP協(xié)議，以得到更快的傳輸速率。如果我們是要實(shí)現(xiàn)一些諸如文件傳輸、社交通訊之類(lèi)的功能，就需要采用TCP協(xié)議通信，以保證傳輸?shù)目煽啃浴?br />二.初等網(wǎng)絡(luò)函數(shù)介紹
nt socket(int domain, int type,int protocol)
domain:說(shuō)明我們網(wǎng)絡(luò)程序所在的主機(jī)采用的通訊協(xié)族(AF_UNIX和AF_INET等).
        AF_UNIX只能夠用于單一的Unix 系統(tǒng)進(jìn)程間通信,
        而AF_INET是針對(duì)Internet的,因而可以允許在遠(yuǎn)程
        主機(jī)之間通信(當(dāng)我們 man socket時(shí)發(fā)現(xiàn) domain可選項(xiàng)是 PF_*而不是AF_*,因?yàn)間libc是posix的實(shí)現(xiàn)所以用PF代替了AF,
        不過(guò)我們都可以使用的).
type:我們網(wǎng)絡(luò)程序所采用的通訊協(xié)議(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等)
        SOCK_STREAM表明我們用的是TCP 協(xié)議,這樣會(huì)提供按順序的,可靠,雙向,面向連接的比特流.
        SOCK_DGRAM 表明我們用的是UDP協(xié)議,這樣只會(huì)提供定長(zhǎng)的,不可靠,無(wú)連接的通信.
protocol:由于我們指定了type,所以這個(gè)地方我們一般只要用0來(lái)代替就可以了 socket為網(wǎng)絡(luò)通訊做基本的準(zhǔn)備.
成功時(shí)返回文件描述符,失敗時(shí)返回-1,看errno可知道出錯(cuò)的詳細(xì)情況.

int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)
sockfd:是由socket調(diào)用返回的文件描述符.
addrlen:是sockaddr結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度.
my_addr:是一個(gè)指向sockaddr的指針. 在中有 sockaddr的定義
        struct sockaddr{
                unisgned short as_family;
                char            sa_data[14];
        };
不過(guò)由于系統(tǒng)的兼容性,我們一般不用這個(gè)頭文件,而使用另外一個(gè)結(jié)構(gòu)(struct sockaddr_in) 來(lái)代替.在中有sockaddr_in的定義
        struct sockaddr_in{
                unsigned short          sin_family;
                unsigned short int      sin_port;
                struct in_addr          sin_addr;
                unsigned char           sin_zero[8];
        }
我們主要使用Internet所以
        sin_family一般為AF_INET,
        sin_addr設(shè)置為INADDR_ANY表示可以和任何的主機(jī)通信,
        sin_port是我們要監(jiān)聽(tīng)的端口號(hào).sin_zero[8]是用來(lái)填充的.
bind將本地的端口同socket返回的文件描述符捆綁在一起.成功是返回0,失敗的情況和socket一樣

int listen(int sockfd,int backlog)
sockfd:是bind后的文件描述符.
backlog:設(shè)置請(qǐng)求排隊(duì)的最大長(zhǎng)度.當(dāng)有多個(gè)客戶端程序和服務(wù)端相連時(shí), 使用這個(gè)表示可以介紹的排隊(duì)長(zhǎng)度.
listen函數(shù)將bind的文件描述符變?yōu)楸O(jiān)聽(tīng)套接字.返回的情況和bind一樣.

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)
sockfd:是listen后的文件描述符.
addr,addrlen是用來(lái)給客戶端的程序填寫(xiě)的,服務(wù)器端只要傳遞指針就可以了. bind,listen和accept是服務(wù)器端用的函數(shù),
accept調(diào)用時(shí),服務(wù)器端的程序會(huì)一直阻塞到有一個(gè) 客戶程序發(fā)出了連接. accept成功時(shí)返回最后的服務(wù)器端的文件描述符,
這個(gè)時(shí)候服務(wù)器端可以向該描述符寫(xiě)信息了. 失敗時(shí)返回-1

int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)
   sockfd:socket返回的文件描述符.
   serv_addr:儲(chǔ)存了服務(wù)器端的連接信息.其中sin_add是服務(wù)端的地址
   addrlen:serv_addr的長(zhǎng)度
   connect函數(shù)是客戶端用來(lái)同服務(wù)端連接的.成功時(shí)返回0,sockfd是同服務(wù)端通訊的文件描述符失敗時(shí)返回-1.

更多函數(shù)請(qǐng)查看man …….
int getaddrinfo(const char *node, const char *service,
                      const struct addrinfo *hints,
                      struct addrinfo **res);
三.初等網(wǎng)絡(luò)函數(shù)使用實(shí)例
一個(gè)教科書(shū)式的服務(wù)器端程序流程為：
建立套接字socket()--->將套接字綁定到ip地址bind()----->建立監(jiān)聽(tīng)套接字listen()------>開(kāi)始等待客戶端請(qǐng)求accpet()
詳細(xì)代碼如下：

復(fù)制代碼

代碼如下:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <netdb.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
　　 int sockfd,connfd;
　　struct sockaddr_in srvaddr;
　　struct sockaddr_in cliaddr;
　　int len,port;
　　char hello[]="Hi,welcome to linux-code!\n";
　　if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1){
　　　　fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
　　　　exit(1);
　　 }
　　/* 服務(wù)器端填充 sockaddr結(jié)構(gòu) */
　　 bzero(&srvaddr,sizeof(struct sockaddr_in));
　　srvaddr.sin_family=AF_INET;
　　srvaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
　　 srvaddr.sin_port=htons(1113);
　　/* 捆綁sockfd描述符 */
　　 if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&srvaddr),sizeof(struct sockaddr))==-1){
　　　　 fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
　　　　 exit(1);
　　}
　　/* 監(jiān)聽(tīng)sockfd描述符 */
　　 if(listen(sockfd,5)==-1){
　　　　fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
　　　　exit(1);
　　}
　　len=sizeof(struct sockaddr_in);
　　while(1){ /* 服務(wù)器阻塞,直到客戶程序建立連接 */
　　　　if((connfd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&cliaddr),&len))==-1){
　　　　　　fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));
　　　　　　exit(1);
　　　　 }
　　　　fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr));
　　　　 if(write(connfd,hello,strlen(hello))==-1){
　　　　　　fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno));
　　　　　　exit(1);
　　　　 }
　　　　 /* 這個(gè)通訊已經(jīng)結(jié)束 */
　　　　 close(connfd);
　　　　/* 循環(huán)下一個(gè) */
　　 }
　　close(sockfd);
　　exit(0);
}

一個(gè)教科書(shū)式的客戶端程序流程為：
建立套接字socket()--->與服務(wù)器建立連接connect()
詳細(xì)代碼如下：

復(fù)制代碼

代碼如下:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <netdb.h>
int main(int argc, char *argv[]) {
　　int sockfd; char buf[1024];
　　struct sockaddr_in srvaddr;
　　 struct hostent *phost; int nbytes;
　　 if(argc!=3){
　　　　fprintf(stderr,"Usage:%s <IP> <portnumber>\a\n",argv[0]);
　　　　exit(1);
　　 }
　　 /* 客戶程序開(kāi)始建立 sockfd描述符 */
　　 if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1){
　　　　fprintf(stderr,"socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
　　　　 exit(1);
　　 }
　　 /* 客戶程序填充服務(wù)端的資料 */
　　 bzero(&srvaddr,sizeof(srvaddr));
　　srvaddr.sin_family=AF_INET;
　　 srvaddr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
　　if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &srvaddr.sin_addr) <= 0){
　　　　 fprintf(stderr,"inet_pton Error:%s\a\n",strerror(errno));
　　　　exit(1);
　　 }
　　/* 客戶程序發(fā)起連接請(qǐng)求 */
　　if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&srvaddr),sizeof(struct sockaddr))==-1){
　　　　 fprintf(stderr,"connect Error:%s\a\n",strerror(errno));
　　　　exit(1);
　　 }
　　/* 連接成功了 */
　　if((nbytes=read(sockfd,buf,1024))==-1){
　　　　fprintf(stderr,"read Error:%s\n",strerror(errno));
　　　　exit(1);
　　}
　　 buf[nbytes]='\0';
　　printf("received data:%s\n",buf);
　　 /* 結(jié)束通訊 */
　　close(sockfd);
　　exit(0);
}

四.上述程序存在的問(wèn)題
先運(yùn)行上述程序的服務(wù)端程序，再運(yùn)行客戶端程序，可以得到如下結(jié)果：
服務(wù)器端結(jié)果：
viidiot@ubuntu:~/code $ ./srv
Server get connection from 192.168.1.153
Server get connection from 127.0.0.1
Server get connection from 192.168.1.153
客戶器端結(jié)果：
viidiot@ubuntu:~/code $ ./cli 192.168.1.153 1113
received data:Hi,welcome to linux-code!
我們完成了一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)通信程序，該程序使用的io模型為同步(synchronous)阻塞(blocking)。服務(wù)器端調(diào)用accept()，write()等函數(shù)，如果沒(méi)有客戶端連接過(guò)來(lái)或者相應(yīng)的文件描述符沒(méi)有準(zhǔn)備好寫(xiě)，程序就會(huì)在那里死死的等待，什么事情也不干。在實(shí)際應(yīng)用中，這類(lèi)程序是很少出現(xiàn)的。實(shí)際中使用的都是異步io模型。
有空我們?cè)賮?lái)看看：同步、異步，阻塞、非阻塞，select()/poll()/epoll()