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Socket本身有“插座”的意思#xff0c;在Linux环境下#xff0c;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。与管道类似的#xff0c;Linux系统将其封装成文件的目的是为了统一接口#xff0c;使得读写套接字和读写文件的操作…套接字概念
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。与管道类似的Linux系统将其封装成文件的目的是为了统一接口使得读写套接字和读写文件的操作一致。区别是管道主要应用于本地进程间通信而套接字多应用于网络进程间数据的传递。在TCP/IP协议中“IP地址TCP或UDP端口号”唯一标识网络通讯中的一个进程。“IP地址端口号”就对应一个socket。
套接字通信原理如下图所示 套接字通讯原理示意
网络字节序
TCP/IP协议规定网络数据流应采用大端字节序即低地址高字节。
为使网络程序具有可移植性使同样的C代码在大端和小端计算机上编译后都能正常运行可以调用以下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);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
h表示hostn表示networkl表示32位长整数s表示16位短整数。
如果主机是小端字节序这些函数将参数做相应的大小端转换然后返回如果主机是大端字节序这些函数不做转换将参数原封不动地返回。
IP地址转换函数
#include arpa/inet.h
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
sockaddr数据结构
strcut sockaddr 很多网络编程函数诞生早于IPv4协议那时候都使用的是sockaddr结构体,为了向前兼容现在sockaddr退化成了void *的作用传递一个地址给函数至于这个函数是sockaddr_in还是sockaddr_in6由地址族确定然后函数内部再强制类型转化为所需的地址类型。 sockaddr数据结构
struct sockaddr {sa_family_t sa_family; /* address family, AF_xxx */char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */
};struct sockaddr_in {__kernel_sa_family_t sin_family; /* Address family */ 地址结构类型__be16 sin_port; /* Port number */ 端口号struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ IP地址/* Pad to size of struct sockaddr. */unsigned char __pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) -sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];
};struct sockaddr_in6 {unsigned short int sin6_family; /* AF_INET6 */__be16 sin6_port; /* Transport layer port # */__be32 sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */__u32 sin6_scope_id; /* scope id (new in RFC2553) */
};
网络套接字函数
socket模型创建流程图 socket函数
#include sys/types.h /* See NOTES */
#include sys/socket.h
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain:
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本地进程间通信使用
type:
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。
protocol:
传0 表示使用默认协议。
返回值
成功返回指向新创建的socket的文件描述符失败返回-1设置errno
socket()打开一个网络通讯端口如果成功的话就像open()一样返回一个文件描述符应用程序可以像读写文件一样用read/write在网络上收发数据如果socket()调用出错则返回-1。对于IPv4domain参数指定为AF_INET。对于TCP协议type参数指定为SOCK_STREAM表示面向流的传输协议。如果是UDP协议则type参数指定为SOCK_DGRAM表示面向数据报的传输协议。protocol参数的介绍从略指定为0即可。
bind函数
#include sys/types.h /* See NOTES */
#include sys/socket.h
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd
socket文件描述符
addr:
构造出IP地址加端口号
addrlen:
sizeof(addr)长度
返回值
成功返回0失败返回-1, 设置errno
bind()的作用是将参数sockfd和addr绑定在一起使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听addr所描述的地址和端口号。前面讲过struct sockaddr *是一个通用指针类型addr参数实际上可以接受多种协议的sockaddr结构体而它们的长度各不相同所以需要第三个参数addrlen指定结构体的长度。如
struct sockaddr_in servaddr;
bzero(servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port htons(6666);
首先将整个结构体清零然后设置地址类型为AF_INET网络地址为INADDR_ANY这个宏表示本地的任意IP地址因为服务器可能有多个网卡每个网卡也可能绑定多个IP地址这样设置可以在所有的IP地址上监听直到与某个客户端建立了连接时才确定下来到底用哪个IP地址端口号为6666。
listen函数
#include sys/types.h /* See NOTES */
#include sys/socket.h
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd:
socket文件描述符
backlog:
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
典型的服务器程序可以同时服务于多个客户端当有客户端发起连接时服务器调用的accept()返回并接受这个连接如果有大量的客户端发起连接而服务器来不及处理尚未accept的客户端就处于连接等待状态listen()声明sockfd处于监听状态并且最多允许有backlog个客户端处于连接待状态如果接收到更多的连接请求就忽略。listen()成功返回0失败返回-1。
accept函数
#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:
传出参数返回链接客户端地址信息含IP地址和端口号
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
返回值
成功返回一个新的socket文件描述符用于和客户端通信失败返回-1设置errno
三方握手完成后服务器调用accept()接受连接如果服务器调用accept()时还没有客户端的连接请求就阻塞等待直到有客户端连接上来。addr是一个传出参数accept()返回时传出客户端的地址和端口号。addrlen参数是一个传入传出参数value-result argument传入的是调用者提供的缓冲区addr的长度以避免缓冲区溢出问题传出的是客户端地址结构体的实际长度有可能没有占满调用者提供的缓冲区。如果给addr参数传NULL表示不关心客户端的地址。
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);
}
accept()的参数listenfd是先前的监听文件描述符而accept()的返回值是另外一个文件描述符connfd之后与客户端之间就通过这个connfd通讯最后关闭connfd断开连接
connect函数
#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
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,传入sizeof(addr)大小
返回值
成功返回0失败返回-1设置errno
客户端需要调用connect()连接服务器connect和bind的参数形式一致区别在于bind的参数是自己的地址而connect的参数是对方的地址。
