[Linux网络编程]02-Socket编程

一.套接字(Socket)

在通信过程中，套接字一定是成对出现的(通信双方各持一个)

一个文件描述符指向一个套接字(该套接字内部由内核借助两个缓冲区实现读写),即一个套接字只有一个文件描述符，但有两个缓存区，与管道正好相反。

Linux套接字实现原理：
在这里插入图片描述

二.预备知识

1.网络字节序和本地字节序
内存中的多字节数据相对于内存地址有大端和小端之分

小端法：（PC本地存储）高位存高地址，低位存低地址
大端法：（网络存储）高位存低地址，低位存高地址

网络的数据流采用大端字节序，而本地数据流采用小端字节序.
因此要通过函数来转换：
htonl : 本地 -->网络 (IP)
htons : 本地 --> 网络 (port端口)
ntohl : 网络 --> 本地 (IP)
ntohs : 网络 --> 本地 (port)

在这里插入图片描述
此函数转换端口号字节序容易，但是进行IP的大小端转换比较麻烦，因为linux中ip为字符串类型，而函数需要的是整数，需要经过多次转换，所以linux提供了以下封装好的转换函数inet_pton / inet_ntop。

2. ip转换函数
两个函数，inet_pton 和 inet_ntop

①int inet_pton(int af,const char *src, void *dst)
本地字节序—>网络字节序

参数:
af:AF_INET、AF_INET6 ------------------>宏，分别对应IPV4和IPV6
src:传入，IP地址(点分十进制)
dst:传出，转换后的网络字节序的 IP地址

返回值:
成功:1
异常: 0，说明src指向的不是一个有效的ip地址。
失败:-1

②const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst,socklen t size)
网络字节序 —>本地字节序
参数:
af:AF INET、AF INET6
src:网络字节序IP地址
dst:本地字节序(stringIP)
size:dst 的大小。

返回值:
成功:dst
失败:NULL

3.sockaddr数据结构
头文件#include <arpa/inet.h>
网络操作函数大部分需要的参数类型为sockaddr类型，这是为了向前兼容。
但实际使用时，我们先利用sockaddr_in将结构体内容设置好，然后再利用指针转化为sockaddr类型。

在这里插入图片描述
1. sin_family：表示你要使用的地址结构类型，AF_INET是IPV4，AF_INET6是IPV6；
2. sin_port：网络字节序的端口号，因此要使用htons转换一下；
3. struct in_addr：一个结构体，里面有一个s_addr，要传入网络字节序的ip地址，因此要使用inet_pton函数；也可以使用第二种方法，宏,如INADDR_ANY（任意可用IP地址）

三.Socket编程函数

虽然说网络通信，socket成对出现，但实际上一次通信，会存在多个Socket。

当服务器端调用socket函数时会产生一个套接字，而accept函数会阻塞监听客户端连接，当有客户端连接的时候该函数会返回一个新的套接字去和客户端连接，旧的套接字用以监听连接，因此一个socket通信模型中，会有三个套接字存在(客户端，服务端(由accept函数返回)和监听socket)

通信模型图解:
在这里插入图片描述客户端:socket()创建套接字，connect()建立连接。
服务端:socket()创建套接字，bind()绑定ip和端口，listen()用来设置与服务端连接的客户端数量上线，accept()则用于结束客户端连接，没有请求时则阻塞在该函数上。

1.socket()

头文件： #include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol); 创建一个套接字
参数:
domain：ip版本，AF_INET或AF_INET6
type：数据传输协议 SOCK_STREAM(流式协议,TCP)或SOCK_DGRAM(UDP)
protocol：默认传0，根据type来选择，SOCK_STREAM的代表协议是TCP，SOCK_DGRAM的是UDP
返回值：
成功：新套接字所对应的文件描述符；失败：-1 error

2.bind()
给socket通过sockaddr结构体绑定地址结构的函数

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

参数:
sockfd：socket文件描述符
addr：传入参数 (struct sockaddr *)&addr
addrlen：sizeof(addr) 地址结构的大小

返回值：
成功是0，失败-1 error

3.listen 函数

设置同时与服务器建立连接的上限数(同时进行3次握手的客户端数量)；
int listen(int sockfd, int backlog);

参数:
sockfd：socket文件描述符
backlog：上限数值

返回值：
成功是0，失败-1 error

4.accept函数

阻塞等待客户端建立连接，成功的话返回一个与客户端成功连接的socket文件描述符。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

参数:
sockfd：socket的返回值
addr：传出参数，成功与服务器建立连接的那个客户端的地址结构(ip+端口)
addrlen：&clit_addr_len 传入传出参数，入：addr的大小出：客户端addr的实际大小
socklen_t clit_addr_len = sizeof(addr); &clit_addr_len
返回值：
成功：能与服务器进行数据通信的 socket 对应的文件描述符
失败：-1 error

5.connect函数
客户端使用,使用现有的socket与服务器建立连接的函数

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数:
sockfd：socket的返回值
addr：服务器的地址结构
addrlen：服务器地址结构的长度
返回值：
成功：0 失败：-1 error

四.C-S模型通信案例实现

SERVER

  1 #include<iostream>2 #include<unistd.h>3 #include<fcntl.h>4 #include<sys/socket.h>5 #include<arpa/inet.h>6 #include<ctype.h>7 using namespace std;8 int main()9 {10   //1.socket11   int fd,sfd;12   fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//AF_INET ->IPV4  SOCK_STREAM -> TCP13   //2.bind14   struct sockaddr_in serv_addr,client_addr;15   serv_addr.sin_family = AF_INET ;16   serv_addr.sin_port = htons(9527);17   serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  //宏,INADDR_ANY,系统选择可用ip        18   bind(fd,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr));19   //3.listen20   listen(fd,128);21   //4.accept22   socklen_t clientaddr_len;  23   clientaddr_len = sizeof(client_addr);24   sfd =  accept(fd,(struct sockaddr*)&client_addr,(socklen_t*)&clientaddr_len);25   if(sfd == -1)                                                                                               26   {27      perror("accept error");28      exit(0);29   }30   //取出client_addr,利用inet_ntop和ntohs获取客户端地址结构:ip,端口等31   char client_ip[1024];32   cout<<"ip:"<<inet_ntop(AF_INET,&client_addr.sin_addr.s_addr,client_ip,sizeof(client_ip))<<endl;33   cout<<"port:"<<ntohs(client_addr.sin_port)<<endl;34   //5.连接完成，处理逻辑35   char buf[BUFSIZ];36  while(true)37  {38   int p = read(sfd,buf,sizeof(buf));//接收客户端数据39   write(STDOUT_FILENO,buf,p);40   for(int i = 0;i<p;i++)41     {42      buf[i] = toupper(buf[i]);43     }44   write(sfd,buf,p);  //发给客户端45  }46   return 0;47 }

CLIENT

#include<iostream>2 #include<unistd.h>3 #include<sys/socket.h>4 #include<arpa/inet.h>5 using namespace std;6 7 int main()8 {9   int fd;10   //1.socket11   fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);12   //2.connet13   struct sockaddr_in sockaddr;14   sockaddr.sin_family = AF_INET;15   sockaddr.sin_port = htons(9527);16   inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&sockaddr.sin_addr.s_addr);17 18   connect(fd,(struct sockaddr*)&sockaddr,sizeof(sockaddr));19   //3.通信20   char buf[BUFSIZ]; //409621   while(true)22   {   23     write(fd,"hello\n",sizeof("hello\n"));24     int ret = read(fd,buf,sizeof(buf));25     write(STDOUT_FILENO,buf,ret);26     sleep(1);27   }28   return 0;29 }