UNIX的套接口(Socket)编程简介

 

网络编程，即编写通过计算机网络与其他程序进行通讯的程序。在目前的模式下，相互通信的网络程序中，一方称为客户程序(client)，另一方称为服务程序(server)，大多数操作系统都提供了编译好的网络程序，比如Web客户程序(浏览器)，Web服务器程序，以及FTP，Telnet等，而应用Socket编程接口可以编写自己的网络通信程序。在TCP/IP世界中，网络通讯的基本模式如下：每一台通讯的主机都有一个本网络环境中唯一的IP地址，一台主机上往往有多个通讯程序存在，每个这样的程序都要占用一个通讯端口。因此，一个IP地址，一个通讯端口，就能确定一个通讯程序的位置（某个IP上占用某个端口的程序）。通讯程序分为服务程序与客户程序，他们的区别在于，服务程序总是被动的等待连接，服务程序一启动，初始化完毕就进入等待连接状态；而客户程序启动后，向远程服务程序发出连接请求，服务程序收到请求后，按照一定的规则建立连接，连接完成后，两个程序就之间就建立了一个虚拟的数据通讯链路，这些程序可以直接从自己打开的套接口读入和写出数据，而不用关心实际的数据链路。下来将介绍两种基本编程模式：客户程序和服务程序的编写。　

客户程序编写的基本方法。步骤：创建套接口→与远程服务程序连接→读/写数据→终止连接。创建套接口用socket函数，这个函数有三个参数，第一个参数指定协议族，如AF_INET(IPv4协议)，AF_INET6(IPv6协议)，AF_LOCAL(Unix域协议)；第二个参数为套接口类型，有SOCK_STREAM(字节流套接口)，SOCK_DGRAM(数据报套接口)，SOCK_RAW(原始套接口)；第三个参数一般取0。一般地，AF_INET和SOCK_STREAM的组合对应TCP协议；AF_INET和SOCK_DGRAM的组合对应UDP协议；AF_INET和SOCK_RAW的组合对应IPv4协议。Socket函数成功时返回一个套接口描述字。与远程服务程序连接使用connect函数，此函数有三个参数。第一个参数为套接口描述字；第二个参数为一个sockaddr结构，这个结构包含了远程服务程序的IP地址与端口号；第三个参数为sockaddr结构的长度。Connect函数调用成功后，套接口描述字就与远程服务程序建立好了连接，可以开始读/写了。读/写数据使用read和write函数，这两个函数均有三个参数。第一个参数为套接口描述字；第二个参数为读/写数据的缓冲区；第三个参数为缓冲区的长度。读写完后可调用函数close关闭套接口，参数为套接口描述字。　

服务程序编写的基本方法。步骤：创建套接口→绑定套接口→设置套接口为监听模式，进入被动接受连接请求状态→接受请求，建立连接→读/写数据→终止连接。绑定套接口是为本程序分配一个供使用的通信端口，使用bind函数。调用函数listen后套接口进入监听状态，再调用accept函数接受连接请求，如果没有连接请求，accept函数将使程序进入睡眠状态，直到被远程客户程序的请求所唤醒。连接一旦建立读/写与客户程序相同。服务程序一般在设置为监听模式后处于不断的接受请求、处理请求的循环中。　

 

IPv4 套接口地址结构

struct in_address {

in_addr_t s_addr ;

}

// 32bits IPv4 地址

//网络字节顺序 Network Byte Order

struct sockaddr_in{

unit8_t sin_len; //长度成员, 无需设置

sa_family_t sin_family; //套接口结构地址族，AF_INET

in_port_t sin_port; //16位TCP 或 UDP 端口号

struct in_addr sin_addr; //32位TCP 或 UDP 端口地址

char sin_zero[8]; //未用

}

//in: internet

//s: socket

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通用套接口地址结构

套接口地址结构仅在给定主机上使用。结构中的某些成员(IP地址和端口号)用在不同主机

间的通信中，但结构本身并不参与通信.

当作为参数传递给任一个套接口函数时，套接口地址结构总是通过指针来传递，但通过指

针来取得此参数的套接口函数必须处理来自所支持的任何协议族的套接口地址结构.

通用套接口结构

struct sockaddr{

uint8_t sa_len;

sa_family_t sa_family;

char sa_data[14]

};

通用的套接口地址结构的用途:给指向持定于协议的地址结构的指针转换类型。

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强制类型转换

函数的调用:

将指向特定于协议的套接口地址结构的指针类型-> 指向通用套接口地址结构的指针。

函数原型：

int connect( int, struct sockaddr *, socklen_t)

..............

struct sockaddr-in servaddr;

..................

connect(sockfd,(sturct sockaddr *) &servaddr, sizeof(servaddr));

.....................

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字节排序函数

一个16位整数，它由2个字节组成。

内存中存储这两个字节有两种方法：

小端字节序:低序字节存储在起始地址

大端字节序:高序字节存储在起始地址

网际协议必须指定一个网络字节序(Network Byte Order)

主机字节序和网络字节序的转换函数：

#include <netinet/in.h>

unit16_t htons(uint16_t host16bitvalue);

unit32_t htons(uint32_t host32bitvalue);

unit16_t ntohs(uint16_t net16bitvalue);

unit32_t ntohs(uint32_t net32bitvalue); 

h : host 

n : network

s : short (16 bits)

l : long (32 bits) 

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字节/字节流操纵函数

void bzero(void *dest,size_t nbytes);//清零

void bcopy(const void *src,void *dest,siz_t nbytes);

int bcmp(const void *ptr1,const void *ptr2,size_t nbytes);

返回：0——相等，非0——不相等

void *memset(void *dest,int c,size_t len);

void *memcpy(void *dest,const void *src,size_t nbytes);

it memcmp(const void *ptr1,const void *ptr2,size_t nbytes);

返回：0——相同，非0——不相同

字节流读写函数

ssize_t readn(int filedes, void * buff, size_t nbytes);

ssize_t writen(int filedes, const void *buff, size_t nbytes);

ssize_t readline(intfiledes, void *buff, size_t maxlen);

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地址转换函数

#include <arpe/inet.h>

int inet_aton(const char *strptr,struct in_addr *addrptr);

返回：1——串有效，0——串出错

in_addr_t inet_addr(const char *strptr);

返回：若成功，返回32位二进制的网络字节序地址；若出错，则返回INADDR_NONE

char *inet_ntoa (struct in_addr inaddr);

返回：指向点分十进制数串指针 

ine-aton 将 strptr 所指的C字符串转换成32位的网络字节序二进制值并通过指针

addrptr来存储。如果成功返回1，否则返回0。

inet-addr 将 strptr 所指的C字符串转换成32位的网络字节序二进制值并通过涵数值返回。

函数inet-ntoa将一个32位的网络字节序二进制IPv4地址转换成相应的点分十进制数串。

如: 202.116.34.194.4000 (IP:202.116.34.194 端口4000)

可用于 IPv4 和 IPv6的函数

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

const char *inet_ntop(int family.const void *addrptr,char *strptr,size_t len);

p： presentation 地址的表示 202.116.34.194

n： numeric 数值格式 16bits/32bits integer

family : AF_INET 或 AF_INET6

 

更多相关基础知识可见：

基本TCP套接口编程一

基本TCP套接口编程二

套接口选项

基本UDP套接口编程