【C语言教程】【常用类库】(十五)网络编程 - <sys/socket.h> 和 <netinet/in.h>
15. 网络编程 - <sys/socket.h>
和 <netinet/in.h>
网络编程在C语言中是通过套接字来实现的,套接字提供了进程间通信的端点。C语言的网络编程涉及到创建套接字、绑定地址、监听和接收数据。以下是网络编程的关键概念和基本实现方法。
15.1. 套接字基础
15.1.1. 套接字类型与协议
套接字是网络通信的基础,它分为不同的类型和协议:
-
套接字类型:
- 流套接字(
SOCK_STREAM
):基于TCP协议,提供可靠的双向字节流通信。 - 数据报套接字(
SOCK_DGRAM
):基于UDP协议,无连接,面向消息,通信时不保证消息顺序和完整性。
- 流套接字(
-
协议:
- TCP(传输控制协议):提供可靠、有序的字节流服务,比如HTTP。
- UDP(用户数据报协议):提供较低效能的、不可靠的数据报服务,比如DNS查询。
15.1.2. 创建和绑定套接字:socket
, bind
创建套接字并绑定到指定IP和端口是建立网络服务的基础步骤。
-
socket
函数:用于创建一个新的套接字。int socket(int domain, int type, int protocol);
domain
:地址族,一般为AF_INET
(IPv4)或AF_INET6
(IPv6)。type
:套接字类型,如SOCK_STREAM
(TCP)或SOCK_DGRAM
(UDP)。protocol
:通常设为0
,自动匹配。
-
bind
函数:将套接字与特定IP地址和端口绑定。int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd
:由socket
返回的文件描述符。addr
:IP地址和端口信息结构体,通常为struct sockaddr_in
。addrlen
:地址结构体的长度。
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>int main() {int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建套接字 [1]struct sockaddr_in server_addr;memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 清零server_addr.sin_family = AF_INET; // IPv4server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 任意可用的接口server_addr.sin_port = htons(8080); // 绑定端口8080bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 绑定套接字 [2]return 0;
}
- [1]创建套接字:使用
socket
函数创建TCP套接字。IPv4地址AF_INET
,流套接字类型。 - [2]绑定套接字:
bind
函数将创建的套接字绑定到结构体中指定的IP地址和端口上。
15.2. 客户端与服务器模型
15.2.1. TCP 服务器:listen
, accept
在创建并绑定了套接字后,服务器需要监听连接和接受请求。
-
listen
函数:将套接字设置为被动监听状态。int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd
:套接字描述符。backlog
:等待连接队列的最大长度。
-
accept
函数:从连接队列中取出一个连接请求。int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockfd
:监听中的套接字。addr
:客户机的IP地址和端口信息。addrlen
:用户提供的地址结构的大小。
listen(sockfd, 5); // 开始监听 [3]
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t addrlen = sizeof(client_addr);
int client_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &addrlen); // 接受连接 [4]
- [3]监听连接:
listen
将套接字置为监听状态。 - [4]接受连接:
accept
从队列中取出一个连接。
15.2.2. TCP 客户端:connect
客户端需要连接到服务端的指定地址和端口。
connect
函数:用于连接到服务端。int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd
:套接字描述符。addr
:服务端的 IP 地址和端口信息。addrlen
:服务器地址信息的结构体大小。
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建套接字
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 清空地址
server_addr.sin_family = AF_INET; // IPv4
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr.sin_addr); // IP 地址 [5]
server_addr.sin_port = htons(8080); // 目标端口
connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 发起连接请求 [6]
- [5]设置地址:使用
inet_pton
设置目标服务的 IP。 - [6]发起连接请求:
connect
连接到指定服务器。
15.2.3. 数据传输:send
, recv
一旦连接建立,服务端和客户端之间就可以通过以下函数进行数据传输。
-
send
函数:用于发送数据。ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
sockfd
:套接字描述符。buf
:要发送的缓冲区。len
:缓冲区长度。flags
:传输标志,通常设置为0
。
-
recv
函数:用于接收数据。ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
用法与
send
类似。
char buffer[1024];
send(client_sockfd, "Hello, World!", 13, 0); // 发送信息 [7]
recv(client_sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0); // 接收信息 [8]
- [7]发送信息:使用
send
传输数据。 - [8]接收信息:使用
recv
接收数据。
15.3. 高级套接字编程
15.3.1. 多路复用:select
, poll
多路复用允许程序在一个线程中监视多个文件描述符上的事件。
-
select
函数:用于监视多个文件描述符。int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
-
poll
函数:与select
相似,使用pollfd
结构体数组。int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
15.3.2. UDP 套接字编程
UDP 套接字不需要连接,可以直接使用 sendto
和 recvfrom
。
-
sendto
函数:用于发送UDP数据包。ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
-
recvfrom
函数:用于接收UDP数据包。ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
char udp_buffer[1024];
struct sockaddr_in dest_addr;
memset(&dest_addr, 0, sizeof(dest_addr));
dest_addr.sin_family = AF_INET;
inet_pton(AF_INET, "192.168.1.1", &dest_addr.sin_addr);
dest_addr.sin_port = htons(9090);
sendto(sockfd, "UDP message", 11, 0, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(dest_addr)); // 发送UDP [9]
recvfrom(sockfd, udp_buffer, sizeof(udp_buffer), 0, NULL, NULL); // 接收UDP [10]
- [9]发送UDP: 使用
sendto
发出数据。 - [10]接收UDP: 使用
recvfrom
接收UDP数据。
通过这些概念和代码示例,你可以开始进行C语言的网络编程,创建基本的网络应用程序。无论是客户端还是服务器端处理,正确使用这些网络编程API是至关重要的。
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