浅谈 Linux C语言 socket 网络编程

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Linux C语言socket网络编程


注意:本文是按照 TCP、UDP的工作过程进行总结的

  1. TCP套 socket 接口编程:基于TCP的 客户/服务器(C/S)模式的工作过程如下:

服务器进程中的一些函数:


  1. socket():
    /*  函数所需头文件及其原型 */
    #include <sys/socket.h>
    int socket( int family, int type, int protocol);
    socketfd = soket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    /*  socketfd 作为返回值,可以记作描述符。
     若 socketfd 非负则表示成功,为负则表示失败。
     参数:
         family   -> 指明协议族
         type     -> 字节流类型
         protocol -> 一般置0.
     参数 family 的取值范围是:  
         AF_LOCAL    UNIX 协议族 
         AF_ROUTE    路由套接口  
            AF_INET      IPv4 协议  
            AF_INET6    IPv6 协议  
            AF_KEY       密钥套接口
        参数 type 的取值范围:   
            SOCK_STREAM   TCP 套接口  
            SOCK_DGRAM    UDP 套接口  
            SOCK_PACKET   支持数据链路访问  
            SOCK_RAM      原始套接口 
    */
    

    生成套接口描述字(套接字)后,要为套接口的地址数据结构进行赋初值。

    通用套接口地址的数据结构中,struct sockaddr_in 需要掌握:

    struct in_addr  {    
        in_addr_t s_addr;       
        /*32 位 IP 地址,网络字节序*/  
    }; 
    
    struct sockaddr_in  {    
        uint8 sin_len;    
        sa_family_t sin_family;    
        in_port_t sin_port;              
        /*16 位端口号,网络字节序*/    
        struct in_addr sin_addr;             
        char sin_zero[8];                
        /*备用的域,未使用*/  
    };
    

    PS:需要注意的是,一般在 socket() 之后,我们会填写 sockaddr 的相关内容。

     /* Fill the local socket address struct */
     memset (&servaddr,0,sizeof(servaddr));
     servaddr.sin_family = AF_INET;                      // Protocol Family
     servaddr.sin_port = htons (PORT);                   // Port number
     servaddr.sin_addr.s_addr  = htonl (INADDR_ANY);     // AutoFill local address
     
    
  2. bind():
 // 函数原型:
 #include <sys/socket.h>  
 int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr,socklen_t addrlen);
 /*
     参数 sockfd :套接字描述符。 
     参数 my_addr:指向 sockaddr 结构体的指针(该结构体中保存有端口和 IP 地址 信息)。 
     参数 addlen:结构体 sockaddr 的长度。
        
        返回:0──成功, -1──失败 
 */
 ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct sockaddr)); 

 /*  功能:当调用 socket 函数创建套接字后,该套接字并没有与 本机地址和端口等 信息相连,
     bind 函数将完成这些工作。
 */
  1. listen():
 //  函数原型:
 #include <sys/socket.h>  
 #include<sys/types.h>
 //  #define BACKLOG 10
 int listen(int sockfd,int backlog);

 /*
     参数 sockfd :套接字描述符。
     参数 backlog :规定内核为此套接口排队的最大选择个数。 
 */
 ret = listen(sockfd,BACKLOG);
 
 // 通常采用一下的异常处理:
 if(listen(listenfd,BACKLOG) == -1){  
     printf("ERROR: Failed to listen Port %d.\n", PORT);
     return (0);
 }
 else{
     printf("OK: Listening the Port %d sucessfully.\n", PORT);
 }

处在监听模式下后,程序就需要一个循环来实现挂起等待客户机请求。所以接下来的一步就是 接受客户机的请求。

  1. accept():

先来了解一下 accept() 这个函数:

//   函数原型:
#include <sys/socket.h>  
#include<sys/types.h> 
int accept(int sockfd,struct sockaddr *cliaddr,socklen_t *addrlen);

/*
 sockfd  参数:监听的  套接字描述符。 
 cliaddr 参数:指向结构体 sockaddr 的指针。  
 addrlen 参数:cliaddr 参数指向的内存空间的长度。 
*/

sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);  
connect_fd = accept(sockfd,( struct sockaddr *)&their_addr,&sin_size); 

accept() 函数用于面向连接类型的套接字类型。
accept() 函数将从连接请求队列中获得连接信息,创建新的套 接字,并返回该套接字的文件描述符。
新创建的套接字用于服务器与客户机的通信,而原来的套接字仍然处于监听状态。
它们的区别在于:监听套接口描述字 只有一个,而且一直存在,
每一个连接都有一个已连接套接口描述字,当连接断开 时就关闭该描述字。

注意:bind 函数和 accept 函数的第三个参数是不一样的。

  1. close():
//   函数原型:
#include <unistd.h>  
int close(int sockfd); 
//   成功则返回 0,否则返回-1。 
//   功能:关闭套接口 其中参数 sockfd 是关闭的套接口描述字。 
//   当对一个套接口调用 close()时, 关闭该套接口描述字,并停止连接。

    以后这个套接口不能再使用,也不能再执行 任何读写操作,但关闭时已经排队准备发送的数据仍会被发出 使用完一个套接口后,一定要记得将它关掉,任何一个文件读写操作完毕之后, 都要关闭它的描述字。 

客户机进程中的一些函数:


  1. socket():这个函数前面提过,这里不必多说。

    创建套接字后,同理,也需要对套接口进行设置: (这是在客户端填充的服务器 端的资料)……

    bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置 0 
    server_addr.sin_family=AF_INET;          // IPV4 
    server_addr.sin_port=htons(portnumber);  
    // (将本机器上的 short 数据转化为网络上的 short 数据)端口号,与服务器端 的端口号相同 
    server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr_list);  // IP 地址
    
  2. connect():
 connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(structsockaddr)); 
    函数原型:
    #include <sys/types.h>  
    #include <sys/socket.h>  
    int connect(int sockfd,const struct sockaddr *serv_addr,int addrlen); 

 /*
     返回值:成功:返回 0 错误:返回-1,并将全局变量 errno 设置为相应的错误号。 
     参数 sockfd :数据发送的套接字,解决从哪里发送的问题,ockfd 是先前 socket 返回的值 
     参数 serv_addr:据发送的目的地,也就是服务器端的地址 
     参数 addrlen:指定 server_addr 结构体的长度 
 */

 函数功能:
 创建了一个套接口之后,使客户端和服务器连接。其实就是完成一个 有连接协议 的连接过程,
 对于 TCP 来说就是那个三段握手过程。

关于三段握手:( 《计算机网络》谢希仁编著 第七版中 将其定名为:” 三报文握手“):

​ 客户端先用 connect() 向服务器发出一个要求连接的信号 SYN1;

​ 服务器 进程接收到这个信号后,发回应答信号 ack1,同时这也是一个要求回答的信号 SYN2;

​ 客户端收到信号 ack1 和 SYN2 后,再次应答 ack2; 服务器收到应答信号 ack2,一次连接才算建立完成。

​ 从上面过程可以看出,服务器会收到两次信 号 SYN1 和 ack2,因此服务器进程需要两个队列保存不同状态的连接。刚接收 到 SYN1 信号时,连接还未完成,这时的连接放在一个名为“未完成连接”的队列中。接收到 ack2 信号后,三段握手完成,这时的连接放在名为“已完成连接” 的队列中,等待 accept() 调用。

关于 recv() 、send() 和 recvfrom() 、sendto() :


  1. 先说前两个:recv() 和 send() 都是基于 TCP 协议。

    不论是客户还是服务器应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。

    客户程序一般用send函数向服务器发送请求,而服务器则通常用send函数来向客户程序发送应答。

    同样,不论是客户还是服务器应用程序都用recv函数从TCP连接的另一端接收数据。

    //   函数原型:
    int send( SOCKET s, const char *buf, int len, int flags );
    int recv( SOCKET s, char *buf, int len, int flags );
    

    (1)recv 先等待 s 的发送缓冲中的数据被协议传送完毕,如果协议在传送 s 的发送缓冲中的数据时出现网络错误,那么recv函数返回 SOCKET_ERROR ;

    (2)如果 s 的发送缓冲中没有数据或者数据被协议成功发送完毕后,recv 先检查套接字 s 的接收缓冲区,如果 s 接收缓冲区中没有数据或者协议正在接收数据,那么 recv 就一直等待,直到协议把数据接收完毕。

    ​ 当协议把数据接收完毕,recv 函数就把 s 的接收缓冲中的数据 copy 到 buf 中(注意协议接收到的数据可能大于 buf 的长度,所以在这种情况下要调用几次 recv 函数才能把s的接收缓冲中的数据 copy 完。recv 函数仅仅是 copy 数据,真正的接收数据是协议来完成的);

    ​ 其中,recv 函数返回其实际 copy 的字节数。如果 recv 在 copy 时出错,那么它返回 SOCKET_ERROR;如果recv函数在等待协议接收数据时网络中断了,那么它返回 0。

  1. 然后是后两个:recvfrom() 和 sendto() 都是基于 UDP 协议。

    ​ 不同于 TCP 协议,UDP 提供的是一种无连接的、不可靠的数据包协议。它不对数据进行确认、出错重传、排序等可靠性处理,但是它却具有代码小、速度快和系统开销小等优点。对于某些应用程序,使用 UDP 来实现,将带来更大效率。

    ​ 与基于 TCP 协议的客户机/服务器模式的工作流程图相比较,它们的主要区别 在于:

    ​ 使用 TCP 套接口必须先建立连接(例如客户进程的 connect() ,服务器进程 的 **listen() **和 accept() ) 。

    ​ 而 UDP 套接口不需预先连接,它在调用 socket()生成一个套接口后,

    ​ -> 在服务器端调用 bind() 绑定众所周知的端口后, 服务器阻塞于 recvfrom() 调用,

    ​ -> 客户端调用 sendto() 发送数据请求,阻塞于 recvfrom() 调用,

    ​ -> 服务器端调用 recvfrom() 接收数据,服务器端也调用 sendto() 向客户发送数据作为应答,然后阻塞于 recvfrom() 调用,

    ​ -> 客户端 调用 recvfrom() 接收数据……

    ​ 当数据传输完成以后,UDP 套接口中的客户端调用 close() 断开连接,而 TCP 套接口中的客户端不必再发出“断开连接信号”来通知服务器端关闭连接。

    ​ 一些重要的应用程序,如域名服务系统 DNS、网络文件 系统 NFS 都使用 UDP 套接口。

    //   函数原型:
    #include <sys/socket.h>   
    int recvfrom(int sockfd, void *buff, int len,int flags, struct sockaddr *fromaddr, int *addrlen);
    /*
     参数 sockfd 为套接口描述字;  
     参数 buff 为指向读缓冲的指针;  
     参数 len 为读的字节数;  
     参数 flags 一般设置为 0;  
     参数 fromaddr 为指向数据接收的套接口地址结构的指针;  
     参数 addrlen 为套接口结构长度。
     
     函数返回实际读的字节数,可以为 0,如果出错,则返回-1。
    */
    
    
    int sendto(int sockfd, void *mes,int len, int flags, struct sockaddr *toaddr, int *addrlen); 
    /*
     参数 mes 为指向写缓冲的指针;  
     参数 toaddr 为指向数据发送的套接口地址结构的指针; 
     
     函数返回实际写的字节数,可以为 0,如果出错,则返回-1。 
    */

来源:https://www.jianshu.com/p/f19578165383

 

socket网络编程 – socket()
名称:
socket – 创建一个通信端点

概要:
#include          /* See NOTES */
#include

int socket(int domain, int type, int protocol);

描述:
socket()创建一个用于通信的端点,并返回引用该端点的文件描述符。

domain参数指定通信域; 这个参数选定用于通信的协议族。
这些协议域在中定义。目前理解的格式包括:

名称              目的           操作说明
AF_UNIX, AF_LOCAL      本地通信          unix(7)
AF_INET             IPv4因特网协议           ip(7)
AF_INET6             IPv6因特网协议           ipv6(7)
AF_IPX               IPX – Novell协议
AF_NETLINK           内核用户接口驱动        netlink(7)
AF_X25              ITU-T X.25/ISO-8208协议     x25(7)
AF_AX25             Amateur radio AX.25 协议
AF_ATMPVC           Access to raw ATM PVCs
AF_APPLETALK        Mac机所用的网络协议之一       ddp(7)
AF_PACKET            低层数据包接口         packet(7)
AF_ALG               内核加密API接口

socket具有指定的type,用以指定通信语义。目前定义的类型有:

SOCK_STREAM      提供顺序的,可靠的双向的基于连接的字节流。
可能支持带外数据传输机制。

SOCK_DGRAM       支持数据报(无连接,最大长度固定的不可靠消息)。

SOCK_SEQPACKET     为固定最大长度的数据报提供顺序可靠的双向的基于连接的
数据传输路径; 每个输入系统调用需要消费者读取整个数据包。

SOCK_RAW         提供原始网络协议访问。

SOCK_RDM         提供不保证顺序的可靠数据报层。

SOCK_PACKET       过时的且不应该在新程序中使用; 见packet(7)。

所有协议族可能都不实现某些套接字类型。

自从2.6.27版本以来,type参数用于第二个目的:除了指定套接字类型之外,
它还可能包含以下任何值的按位OR,以修改socket()的行为:

SOCK_NONBLOCK    在新打开的文件描述中设置O_NONBLOCK文件状态标志。
使用此标志可以节省对fcntl(2)的额外调用,以获得相同的结果。

SOCK_CLOEXEC      在新的文件描述符上设置close-on-exec (FD_CLOEXEC)标志。
有关这可能有用的原因,请参阅open(2)中的O_CLOEXEC标志的说明。

参数protocol指定了与socket一起使用的特定协议。通常对给定protocol
family中的特定socket type,只存在一个protocol可以支持,在这种情况下
protocol可以指定为0。然而,可能存在很多protocol,在这种情况下,
必须以这种方式指定特定的协议。protocol number用于指定进行通信的
“communication domain”;见protocols(5)。关于如何将协议名称字符串映射到协议号,
请参阅getprotoent(3)。

SOCK_STREAM类型的套接字是全双工字节流。它们不保留记录边界。流套接字必须处于
连接状态,才能发送或接收任何数据。使用connect(2)调用创建与另一个套接字的连接。
一旦连接,可以使用read(2)和write(2)调用或send(2)和recv(2)调用的某些变体来
传输数据。会话完成后,可以执行close(2)。带外数据也可以如send(2)中所述发送,
如recv(2)所述接收。

通信协议SOCK_STREAM的实现确保了数据不丢失或重复。如果对等协议具有缓冲区空间
的一条数据不能在合理的时间长度内成功发送,那么连接被认为是死机。当在套接字上
启用SO_KEEPALIVE时,如果另一端仍然存在,协议将以协议指定的方式进行检查。如果
程序在broken stream中发送或接收,则会产生SIGPIP信号; 这导致naive processes,
该程序不处理信号,直接退出。SOCK_SEQPACKET套接字采用与SOCK_STREAM套接字相同
的系统调用。唯一的区别是read(2)调用将仅返回所请求的数据量,并且到达的数据包
中剩余的任何数据将被丢弃。传入数据报中的所有消息边界也被保留。

SOCK_DGRAM和SOCK_RAW sockets允许将数据报发送到在sendto(2)调用中命名的通讯员。
数据报通常用recvfrom(2)接收,它返回下一个数据报及其发送者的地址。

SOCK_PACKET是一种过时的套接字类型,可直接从设备驱动程序接收原始数据包。使用
packet(7)代替。

fcntl(2)F_SETOWN操作可用于指定进程或进程组,以接收外带数据到达时的信号SIGURG,
或接收连接意外断开时的信号SOCK_STREAM。此操作也可以通过使用SIGIO设置进程或进程组
接收I/O和I/O事件的异步通知。使用F_SETOWN等效于使用FIOSETOWN或SIOCSPGRP参数的
ioctl(2)调用。

当网络向协议模块发送错误状况(例如,使用IPMP消息的IP)时,为套接字设置挂起的错误
标志。此套接字上的下一个操作将返回挂起错误的错误代码。对于某些协议,可以启用每个
套接字错误队列来检索关于错误的详细信息; 请参阅ip(7)中的IP_RECVERR。

套接字的操作由套接字级别选项控制。这些选项在中定义。
函数setsockopt(2)和getsockopt(2)分别用于设置和获取选项。

返回值:
成功时,将返回新套接字的文件描述符,
出错时,将返回-1,相应的错误信息记录在errno中。

错误:
EACCES 创建指定类型和/或协议的套接字的权限被拒绝。

EAFNOSUPPORT 该实现不支持指定的地址族。

EINVAL 未知协议或协议族不可用

EINVAL type参数无效

EMFILE 已达到每个进程的打开文件描述符数的限制。

ENFILE 已经达到了系统的打开文件总数的限制。

ENOBUFS 或 ENOMEM 内存不足。在释放足够的资源之前,无法创建套接字。

EPROTONOSUPPORT 该域(domain)中不支持协议类型或指定的协议。

底层协议模块可能会生成其他错误。

遵循:
POSIX.1-2001, POSIX.1-2008, 4.4BSD.

SOCK_NONBLOCK和SOCK_CLOEXEC标志是Linux特有的。

socket()出现在4.2BSD中。通常对支持BSD套接层(包括系统V变体)克隆的
非BSD系统是可移植的。

注意:
POSIX.1不要求包含,且Linux也不要求包含这个头文件。然而,
然而,一些历史的(BSD)实现需要这个头文件,并且对可移植程序来说,
包含它是可能是明智的选择。

在4.x BSD下用于协议族的清单常数是PF_UNIX,PF_INET等,AF_UNIX,AF_INET等
用于地址族。然而,BSD手册页已经承诺:“协议族通常与地址族相同”,随后的
标准使用AF_*。

在Linux 2.6.38中添加了AF_ALG协议类型。有关此接口的更多信息,请参阅内核HTML文档:

https://www.kernel.org/doc/htmldocs/crypto-API/User.html。

示例:
getaddrinfo(3)中展示了使用socket()的示例。

另请参考:
accept(2), bind(2), close(2), connect(2), fcntl(2), getpeername(2),
getsockname(2), getsockopt(2), ioctl(2), listen(2), read(2), recv(2),
select(2), send(2), shutdown(2), socketpair(2), write(2),
getprotoent(3), ip(7), socket(7), tcp(7), udp(7), unix(7)

“一个4.3BSD进程间通信教程介绍”和“BSD进程间通信教程”,
转载于UNIX Programmer’s Supplementary Documents Volume 1。

版本记录:
本页面是Linux man-pages项目的4.10版本的一部分。
有关项目的描述,相关错误报告信息以及本页面的最新版本,
请参见https://www.kernel.org/doc/man-pages/。

Linux            2015-12-28            SOCKET(2)

 



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