Linux网络编程：Socket套接字编程（Server服务器 Client客户端）

文章目录：

一：定义和流程分析

1.定义

2.流程分析 

3.网络字节序

二：相关函数 

IP地址转换函数inet_pton inet_ntop（本地字节序 网络字节序）

socket函数(创建一个套接字)

bind函数(给socket绑定一个服务器地址结构(IP+port))

listen函数(设置最大连接数或者说能同时进行三次握手的最大连接数监听上限)

accept函数(阻塞监听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)

connect函数(使用现有的socket与服务器建立连接)

三：服务器模型和客户端模型的实现 

Server服务器的实现

Client客户端的实现

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一：定义和流程分析

1.定义

定义：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）在通信过程中， 套接字一定是成对出现的一种文件类型，伪文件，不占用存储空间，可进行IO操作，可间接看做文件描述符使Socket本身有“插座”的意思在Linux环境下，用于表示进程间网络通信的特殊文件类型。本质为内核借助缓冲区形成的伪文件管道, 套接字, 块设备, 字符设备;套接字: 一个fd可以索引读写两个缓冲区;

2.流程分析 

 

socket()：创建一个套接字， 用fd索引bind()：绑定IP和portlisten()：设置监听上限（同时与Server建立连接数）accpet()：阻塞监听客户端连接（传入一个上面创建的套接字, 传出一个连接的套接字）在客户端中的connect()中绑定IP和port，并建立连接（阻塞）

3.网络字节序

小端法：（pc本地存储）	高位存高地址。低位存低地址。	int a = 0x12345678
大端法：（网络存储）	高位存低地址。低位存高地址。htonl --> 本地--》 网络 （IP）			192.168.1.11 --> string --> atoi --> int --> htonl --> 网络字节序
htons --> 本地--》 网络 (port)
ntohl --> 网络--》 本地（IP）
ntohs --> 网络--》 本地（Port）

用库函数做网络字节序和主机字节序的转换

#include<arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);			//主要针对IP
uint16_t htons(uint16_t hostshort);			//主要针对port
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

二：相关函数 

IP地址转换函数inet_pton inet_ntop（本地字节序 网络字节序）

由于如192.168.45.2这种的IP地址为点分十进制表示，需要转化为uint32_t型，有现成的函数(IPv4和IPv6都可以转换) 

//本地字节序（string IP） ---> 网络字节序
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);		                   af：AF_INET、AF_INET6src：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//网络字节序 ---> 本地字节序（string IP）
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);	af：AF_INET、AF_INET6src: 网络字节序IP地址dst：本地字节序（string IP）size： dst 的大小。返回值： 成功：dst、失败：NULL

socket函数(创建一个套接字)

#include <sys/socket.h>int socket(int domain, int type, int protocol);		创建一个 套接字domain指定使用的协议(IPv4或IPv6)AF_INET 这是大多数用来产生socket的协议，使用TCP或UDP来传输，用IPv4的地址AF_INET6 与上面类似，不过是来用IPv6的地址AF_UNIX 本地协议，使用在Unix和Linux系统上，一般都是当客户端和服务器在同一台及其上的时候使用type指定数据传输协议(流式或报式)SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。SOCK_SEQPACKET该协议是双线路的、可靠的连接，发送固定长度的数据包进行传输。必须把这个包完整的接受才能进行读取。SOCK_RAW socket类型提供单一的网络访问，这个socket类型使用ICMP公共协议。（ping、traceroute使用该协议）SOCK_RDM 这个类型是很少使用的，在大部分的操作系统上没有实现，它是提供给数据链路层使用，不保证数据包的顺序指定代表协议(一般默认传0)protocol: 0 流式以TCP为代表;报式以UDP为代表;返回值：返回指向新创建的socket的文件描述符成功：返回新套接字所对应文件描述符fd失败：返回-1并设置errno;

bind函数(给socket绑定一个服务器地址结构(IP+port))

#include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);		给socket绑定一个 地址结构 (IP+port)sockfd: socket文件描述符struct sockaddr_in servaddr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(8888);addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);addr: 构造出IP地址加端口号传入参数(struct sockaddr *)&addraddrlen: sizeof(addr) 地址结构的大小返回值：成功：0失败：返回-1, 设置errno

listen函数(设置最大连接数或者说能同时进行三次握手的最大连接数监听上限)

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int listen(int sockfd, int backlog);        //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）sockfd:socket文件描述符backlog:上限数值。最大值 128排队建立3次握手队列和刚刚建立3次握手队列的链接数和返回值：成功：0失败：-1 errno	

accept函数(阻塞监听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)

#include <sys/types.h> 		/* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);sockfd:socket文件描述符addr:成功与Sever建立连接的那个**客户端**的地址结构;传出参数，返回链接客户端地址信息（IP地址+端口号）addrlen:传入传出参数（值-结果）,传入sizeof(addr)大小，函数返回时返回真正接收到地址结构体的大小	    
​	    socklen_t clit_addr_len=sizeof(addr);
​	    入: 传入addr的大小;
​	    出: 客户端addr的实际大小;返回值：    
​	    成功: 返回能与客户端进行通信的socket对应的文件描述符;
​	    失败: 返回-1并设置errno;//我们的服务器程序结构是这样的
while (1) {cliaddr_len = sizeof(cliaddr);connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);n = read(connfd, buf, MAXLINE);......close(connfd);
}

connect函数(使用现有的socket与服务器建立连接)

#include <sys/types.h> 					/* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);sockdf:socket文件描述符struct sockaddr_in srv_addr;		// 服务器地址结构srv_addr.sin_family = AF_INET;srv_addr.sin_port = 9527 	跟服务器bind时设定的 port 完全一致。inet_pton(AF_INET, "服务器的IP地址"，&srv_adrr.sin_addr.s_addr);addr:传入参数，指定服务器端地址信息，含IP地址和端口号addrlen:传入参数,服务器地址结构的长度sizeof(addr)大小返回值：​	成功返回0;
​	    失败返回-1并设置errno;如果不使用`bind()`函数绑定客户端的地址结构, 会采用**"隐式绑定"**;

三：服务器模型和客户端模型的实现 

Server服务器的实现

server:1. socket()	创建socket2. bind()	绑定服务器地址结构3. listen()	设置监听上限4. accept()	阻塞监听客户端连接5. read(fd)	读socket获取客户端数据6. 小--大写	toupper()7. write(fd)8. close();

代码逻辑

#include <stdio.h>
#include <ctype.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>#define SERV_PORT 9527					//端口号int main(int argc, char *argv[]){int link_fd=0;						//建立连接的socket文件描述符int connect_fd=0					//用于通信的文件描述符int ret=0;							//用于检查是否出错char buf[BUFSIZ];					//缓冲区char client_IP[1024]				//存入客户端IP字符串int num=0;							//读出的字节数/*服务器端地址结构*/struct sockaddr_in serv_addr;                   	 // 定义服务器地址结构 和 客户端地址结构serv_addr.sin_family=AF_INET;                    // IPv4serv_addr.sin_port=htons(SERV_PORT);             // 转为网络字节序的 端口号serv_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);     // 获取本机任意有效IP/*成功与服务器建立连接的客户端地址结构*/struct sockaddr_in clint_addr;socklen_t clint_addr_len=sizeof(clint_addr);    	 // 获取客户端地址结构大小/*1.socket函数:创建用于建立连接的socket,返回的文件描述符存入link_fd*///IPv4，按照顺序基于字节流的连接，指定代表协议link_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);		if(link_fd==-1)sys_err("socket error");/*2.bind函数:绑定服务器端的socket绑定地址结构（IP+port)*///socket文件描述符link_fd,IP地址加端口号ret=bind(link_fd,(const struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr));if(ret==-1)sys_err("bind error");/*3.listen函数:设定监听(连接)上线*/ret=listen(link_fd,128); if(ret==-1)sys_err("listen error");/*4.accept函数:阻塞等待客户端建立连接*///文件描述符,与Sever建立连接的客户端的地址结构,返回真正接收到地址结构体的大小connect_fd=accept(link_fd,(	struct sockaddr*)&clint_addr,&clint_addr_len);    if(connect_fd==-1)sys_err("accept error");/*建立连接后打印客户端的IP和端口号    获取客户端地址结构*/printf("client IP:%s,client port:%d",  												//`client_IP`是前面定义的客户端IP字符串的缓冲区, 大小为1024           inet_ntop(AF_INET,&clint_addr.sin_addr.s_addr,client_IP,sizeof(client_IP)),		//网络字节序 ---> 本地字节序ntohs(clint_addr.sin_port)														//根据accept传出参数，获取客户端 ip 和 port);           /*业务逻辑*/while(1){//5. read(fd)	读socket获取客户端数据num=read(connect_fd,buf,sizeof(buf));    // 读客户端数据write(STDOUT_FILENO,buf,num);            // 写到屏幕查看//6. 小--大写	toupper()for(i=0;i<num;i++)                       // 小写 -- 大写buf[i]=toupper(buf[i]);//7. write(fd)write(connect_fd,buf,num);               // 将大写，写回给客户端sleep(1);}//8. close()close(connect_fd);close(link_fd);return 0;
}

测试命令 

`nc 127.0.0.1 9527`        //脑残命令: 向这个服务发送信息并打印回执

Client客户端的实现

client:1. socket()	创建socket2. connect();	与服务器建立连接3. write()	写数据到 socket4. read()	读转换后的数据5. 显示读取结果6. close()

代码逻辑

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>#define SERV_PORT 9527/*错误处理函数*/
void sys_err(const char* str){perror(str);exit(1);
}int main(int argc, char *argv[])){int client_fd=0;int ret=0;int num=0;int cnt=10;char buf[BUFSIZ];//connect的参数2填入服务器的文件描述符!struct sockaddr_in serv_addr;serv_addr.sin_family=AF_INET;serv_addr.sin_port=htons(SERV_PORT);// 本地字节序（string IP） ---> 网络字节序inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",(void*)&serv_addr.sin_addr.s_addr);/*1. 创建socket():客户端直接创建用于连接的套接字即可*/client_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(client_fd==-1)sys_err("socket error");/*2. connect():将客户端套接字与服务器地址结构连接起来*/ret=connect(client_fd,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr));if(ret!=0)sys_err("connect error");//业务逻辑while(--cnt){//3. write()	写数据到 socketwrite(client_fd,"fuckyou\n",8);//4. read()	读转换后的数据。num=read(client_fd,buf,sizeof(buf));//5. 显示读取结果write(STDOUT_FILENO,buf,num);sleep(1);}//6. close()close(client_fd);return 0;
}