计算机网络 之 【网络套接字编程】（固定宽度整数类型、socket常见API、netstat）

目录一.固定宽度整数类型C11引入二、socket 常见APIsocketbindIP地址绑定类型TCP 编程模型流程图listenacceptconnectUDP编程模型流程图recvfrom 函数sendto 函数常用 flags 选项常用错误码三、netstatLinux/Unix 选项及常用组合选项一.固定宽度整数类型C11引入头文件cstdint类型宽度有符号取值范围格式化字符串典型用途uint16_t16位无符号0 ~ 65535%hu(C) /cout(C)端口号、网络数据包长度、Unicode字符int16_t16位有符号-32768 ~ 32767%hd(C) /cout(C)音频采样、传感器数据、小范围整数uint32_t32位无符号0 ~ 4294967295%u(C) /cout(C)IPv4地址、文件大小、时间戳int32_t32位有符号-2147483648 ~ 2147483647%d(C) /cout(C)普通整数计数器、RGB颜色值uint64_t64位无符号0 ~ 2^64-1%llu(C) /cout(C)大文件大小、高精度时间戳int64_t64位有符号-2^63 ~ 2^63-1%lld(C) /cout(C)时间戳、大数据处理uint8_t8位无符号0 ~ 255%hhu(C) /cout(C)字节流、二进制数据int8_t8位有符号-128 ~ 127%hhd(C) /cout(C)小整数、字符数据跨平台一致性在不同系统上大小固定避免int在不同平台长度不同的问题网络通信确保数据包结构的字节对齐和大小一致内存优化精确控制内存使用特别适合嵌入式系统和网络协议设计可读性强类型名称直接表明变量的大小和符号二、socket 常见APIsocket项目说明函数名socket头文件sys/socket.h原型int socket(int domain, int type, int protocol);参数1domain协议域/地址族如AF_INET(IPv4)、AF_INET6(IPv6)、AF_UNIX(本地)参数2type套接字类型如SOCK_STREAM(TCP)、SOCK_DGRAM(UDP)、SOCK_RAW(原始)参数3protocol指定协议通常填0自动选择也可指定如IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP返回值成功返回文件描述符非负整数失败返回 -1设置 errno功能创建一个套接字返回文件描述符供后续操作使用适用TCP/UDP客户端 服务器Socket的第一个参数如AF_INET、AF_UNIX用于指定通信协议族它决定了套接字使用的网络协议类型IPv4/IPv6/本地IPC等、地址格式及底层传输方式是后续地址绑定、数据传输等操作的基础必须与后续操作匹配且直接影响通信效率和适用场景bind项目说明函数名bind头文件sys/socket.h原型int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);参数1sockfdsocket 函数返回的文件描述符参数2addr指向协议地址结构的指针如struct sockaddr_in参数3addrlen地址结构的大小返回值成功返回 0失败返回 -1设置 errno功能将套接字与本地 IP 地址和端口号绑定适用TCP/UDP服务器客户端通常不需要系统自动分配临时端口IP地址绑定类型绑定类型代码示例接收范围适用场景优点缺点网络可达性INADDR_ANYs_addr INADDR_ANY所有接口的所有IPv4地址通用服务器、多网卡服务器一个socket接收所有IP配置简单无法区分具体IP来源本机所有IP均可访问回环地址s_addr inet_addr(127.0.0.1)仅本机回环接口本地进程通信、调试、数据库本地连接安全只允许本机访问外部无法访问仅限本机公网IPs_addr inet_addr(1.2.3.4)仅该公网IP对外服务物理机对外提供服务配置较复杂公网可达客户端无需显式绑定端口操作系统会在首次调用sendto发送数据时自动从动态端口范围通常为49152-65535中随机选择一个未被占用的端口进行绑定这种机制保证了同一主机上多个客户端进程的端口唯一性避免了手动绑定可能导致的端口冲突和进程启动失败问题而服务器必须显式绑定固定知名端口以便客户端能够稳定访问如果端口被占用则服务启动失败因此服务器端需做好端口规划和管理TCP 编程模型流程图服务器端: 客户端: socket() ────────────────── socket() │ │ │ │ bind() (绑定端口) │ │ │ │ │ listen() (开始监听) │ │ │ │ │ accept() (阻塞等待) ←──────── connect() (发起连接) │ │ │ │ 新套接字 ←─ 三次握手 ──────────→ 连接建立 │ │ │ │ read()/write() ───── read()/write() (数据通信) │ │ │ │ close() close()listen项目说明函数名listen头文件sys/socket.h原型int listen(int sockfd, int backlog);参数1sockfd已绑定的套接字文件描述符参数2backlog未完成连接队列的最大长度等待 accept 的连接数返回值成功返回 0失败返回 -1设置 errno功能将套接字由主动态转变为被动态开始监听客户端连接请求适用TCP服务器accept项目说明函数名accept头文件sys/socket.h原型int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);参数1sockfd监听套接字listen 后的套接字参数2addr指向协议地址结构的指针用于返回客户端的地址信息参数3addrlen地址结构的长度值-结果参数返回值成功返回新的已连接套接字文件描述符失败返回 -1功能从已完成连接队列中取出第一个连接返回一个新套接字用于与客户端通信适用TCP服务器connect项目说明函数名connect头文件sys/socket.h原型int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);参数1sockfdsocket 函数返回的套接字文件描述符参数2addr指向服务器地址结构的指针IP 端口参数3addrlen地址结构的大小返回值成功返回 0失败返回 -1功能客户端主动向服务器发起连接请求TCP 三次握手适用TCP客户端UDP编程模型流程图服务器端: 客户端: socket() ──────────────────── socket() │ │ │ │ bind() (绑定端口) │ │ │ │ │ │ │ │ │ recvfrom() (阻塞等待) ←─────── sendto() (发送数据) │ │ │ (收到数据获取客户端地址) │ │ │ sendto() (发送数据) ──────────→ recvfrom() (接收数据) │ │ │ │ │ │ │ │ close() close()recvfrom 函数项目说明函数名recvfrom头文件Linux/Unix:sys/socket.hWindows:winsock2.h原型ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen)参数1sockfdsocket 文件描述符参数2buf接收数据缓冲区的指针参数3len缓冲区大小字节数参数4flags控制选项通常设为 0参数5src_addr输出参数存储发送方地址结构的指针参数6addrlen输入输出参数传入地址结构大小返回实际地址大小返回值成功返回接收到的字节数失败返回 -1设置 errno功能从无连接 socket如 UDP接收数据并获取发送方地址信息适用主要适用于 UDP也可用于 TCP但不常用sendto 函数项目说明函数名sendto头文件Linux/Unix:sys/socket.hWindows:winsock2.h原型ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen)参数1sockfdsocket 文件描述符参数2buf待发送数据的缓冲区指针参数3len要发送的数据长度字节数参数4flags控制选项通常设为 0参数5dest_addr目标地址结构体指针参数6addrlen目标地址结构体大小返回值成功返回实际发送的字节数失败返回 -1设置 errno功能向指定地址的 socket 发送数据无需预先建立连接适用主要适用于 UDP也可用于 TCP但不常用常用 flags 选项flags适用函数说明MSG_DONTWAITrecvfrom, sendto, recv, send非阻塞操作MSG_WAITALLrecv, recvfrom等待直到缓冲区满MSG_PEEKrecv, recvfrom查看数据但不从队列移除MSG_OOBrecv, send, recvfrom, sendto发送/接收带外数据MSG_NOSIGNALsend, sendto不发送 SIGPIPE 信号MSG_CONFIRMsendto确认路径有效常用错误码errno适用函数说明EAGAIN/EWOULDBLOCKrecvfrom, sendto, recv, send非阻塞模式下无数据/缓冲区满EBADF所有函数无效的文件描述符ECONNREFUSEDsendto, connect远程主机拒绝连接EINTR所有阻塞函数系统调用被信号中断EINVAL所有函数参数无效EMSGSIZEsendto消息太大ENOTCONNrecv, send套接字未连接EADDRINUSEbind地址已被使用EACCESbind, connect权限不足三、netstat项目说明命令名netstat全称Network Statistics功能显示网络连接、路由表、接口统计等信息适用系统Linux/Unix、Windows、macOS命令格式netstat 选项Linux/Unix 选项及常用组合选项选项说明-a显示所有连接和监听端口-t仅显示 TCP 连接-u仅显示 UDP 连接-l仅显示监听状态的套接字-n以数字形式显示地址和端口不解析域名-p显示进程 PID 和名称-r显示路由表-i显示网络接口统计信息-s显示各协议统计信息-c持续输出每秒钟刷新-e显示扩展信息-o显示定时器信息组合选项命令说明使用场景-tulnnetstat -tuln查看所有监听端口最常用检查服务是否启动-tulnpsudo netstat -tulnp查看监听端口及对应进程查找端口占用-annetstat -an查看所有连接数字显示网络连接概览-antnetstat -ant查看所有 TCP 连接分析 TCP 连接状态-anunetstat -anu查看所有 UDP 连接分析 UDP 通信-rnnetstat -rn查看路由表路由问题排查