【Linux】计算机网络套接字编写

前言

上篇文章我们学习了计算机网络分层，了解了网络通信的本质是进程间通信，正式通过套接字的方式进行通信。

TCP协议和UDP协议

TCP/UDP协议是工作在传输层的协议，负责数据的传输，主要提供数据传输的策略，而TCP和UDP就是两种不同的传输数据策略。

• TCP（传输控制协议）

  • 面向连接
  • 可靠传输
  • 面向字节流

• UDP（用户数据报协议）

  • 无连接
  • 不可靠传输
  • 面向数据报

注意，这里提到的可靠和不可靠不是说TCP好于UDP，而是他们传输的特性，在说明具体协议的时候我们再详谈。
由于UDP协议不面向连接，所以简单是他的巨大优势，今天我们先来详细学习一下简单的UDP套接字。

网络字节序

在学习C语言的时候，我们指定内存中的多字节数据相对于地址有大小端之分，网络流同样也有大端小端之分。

1、发送主机一般将发送缓冲区的数据从低到高的顺序发出
2、接收主句一般把收到的数据按照从低到高的顺序保存
3、所以，网络数据流的地址规定为：先发出的数据是低地址，后发出的是高地址
4、TCP/IP协议规定：网络数据流应当采用大端字节序，即：低地址高字节

接口：

#include <arpa/inet.h>uint16_t htons(uint16_t hostshort)
uint16_t ntohs(uint16_t netshort)

socket接口

socket接口就像我们之前用过的系统调用，是操作系统级别的接口。

sockaddr结构

1、ipv4和ipv6的地址类型分别定义为AF_INET和AF_INET6，位于netinet/in.h中，在使用socketAPI的时候，可以先把对应的sockaddr_in结构转换成sockaddr，在接口内部，会根据16位地址类型进行不同类型的操作，这是C语言早期多态性的体现

2、socket套接字不仅可以网络通信，由于sockaddr转换+16位地址类型存在，socketAPI也支持进程间通信

1.创建套接字 cs

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

参数:

• domain：ipv4写为AF_INET
• type：udp为：SOCK_DGRAM；tcp为：SOCK_STREAM
• protocol：设置为0表示默认

2.绑定端口号 s

int bind(int socket,const struct sockaddr* address,socklen_t address_len);
实例：
struct sockaddr_in local;local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(port);
local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

顺便一提，云服务是不允许我们bind指定IP地址的，因此我们使用INADDR_ANY绑定本主机的任意IP。

3.监听socket s

int listen(int socket, int backlog);

参数：

• socket:要监听的套接字
• backlog：最长等待队列

4.接受请求 s

int accept(int socket, struct sockaddr* address,socklen* address_len);

参数：

• socket ：套接字
• address ：用于存储客户端的地址信息
• address_len： 输入输出型参数，作为输入他指定了address指向缓冲区的长度，作为输出，会被设置为实际地址的长度，比如输入时有10个字节，但客户端实际传入只有8个字节，这个参数会被修改成八字节。

5.建立连接 c

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

参数：

• sockfd：客户端创建的文件描述符
• addr：用于指定服务器端的地址信息
• addrlen：addr的实际大小

地址转换函数

我们习惯使用点分十进制的方式来记录ip地址，例如101.34.23.11，但网络中是用32个比特位来记录ip地址的，因此我们需要将点分十进制风格的ip地址转换为网络地址

字符串转in_addr

#include <arpa/inet.h>int inet_aton(const char* strptr,struct in_addr* addrptr);struct in_addr 
{in_addr_t s_addr; // 存储32位的IPv4地址
};

参数：

• strptr：要转换的ip字符串
• addrptr：存取转换后的32位地址

返回值：

• 转换成功返回1，失败返回0

---

int inet_pton(int family,const char* strptr,void* addrptr);

参数：

• family：要转换的协议族
• strptr：要转换的ip字符串（4、6都支持）
• addrptr：转换后放入的缓冲区

返回值：

• 成功返回1
• 失败返回0
• 无效返回-1，并设置errno

---

in_addr_t inet_addr(const char* strptr);

参数：

• strptr：要转换的ip字符串

返回值：

• 成功返回32位ip地址
• 失败返回INADDR_NONE

---

in_addr转字符串

char* inet_ntoa(struct in_addr inaddr);

参数：

• inaddr ：把32位的ip地址转化为点分十进制

---

int inet_pton(int family,const void* addrptr,char* strptr);

参数：

• family：协议族
• addrptr：存放字符串ip的指针
• strptr：存放转换后二进制的缓冲区

返回值：

• 成功返回1，失败返回-1

recvfrom和sendto

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

参数：

• sockfd：接收数据的套接字
• buf：缓冲区指针，指向存放接收到的数据
• len：缓冲区的大小，期望收到的最大字节
• flags：接收数据的标志，可以为0或者特定接收选项
• src_addr：存放发送方套接字地址的结构体指针，可以为NULL
• addrlen：指定对方结构体的大小

注意：recv里是不带后两个参数的，因为TCP是面向连接的，不需要读取后面两个参数。

---

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

参数：

• sockfd：套接字描述符
• buf：要发送的数据
• len：发送的大小
• flags：发送的方式
• dest_addr：目标主机的套接字信息
• addrlen：大小

同样的，send不需要后面两个参数。