网络编程打开的第一节预备课-----关于socket

一、引言

传统的进程间通信借助内核提供的 IPC 机制进行, 但是只能限于本机通信, 若 要跨机通信, 就必须使用网络通信，比如之前在操作系统学习到的pipe通信，这是一个本机通信，是最基本的IPC机制进行的。

socket网络通信和pipe通信的区别在于：

1. socket可以建立一个socket pair，使用文件描述符操作两个缓冲区，而pipe是两个文件描述符操作一个内核缓冲区。 2. 在网络传输中，需要考虑大端和小端的问题，而pipe通信则不需要。 3. socket通信适用于跨机通信，而pipe通信只能限于本机通信。

二、socket 编程预备知识

网络字节序:       大端和小端的概念            大端: 低位地址存放高位数据, 高位地址存放低位数据            小端: 低位地址存放低位数据, 高位地址存放高位数据 大端和小端只是对数据类型长度是两个及以上的, 如 int short, 对于单字节 没限制, 在网络中经常需要考虑大端和小端的是 IP 和端口.

比如：0x12345678 如何存放？

将十六进制数 0x12345678 拆分成四个字节，分别为 0x12、0x34、0x56、0x78。

按照大端：0x12345678。

按照小端：0x78563412

如何测试本机是否是大端还是小端

#include <stdio.h>

int main() {
    union {
        int i;
        char c[4];
    } endianTest;

    endianTest.i = 1;

    if (endianTest.c[0] == 1) {
        printf("本机是小端模式\n");
    } else {
        printf("本机是大端模式\n");
    }

    return 0;
}

网络传输用的是大端法, 如果机器用的是小端法, 则需要进行大小端的转换.

下面 4 个函数就是进行大小端转换的函数:

#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); 函数名的 h 表示主机 host, n 表示网络 network, s 表示 short, l 表示 long

IP地址转换函数:

 （1）int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

函数说明: 将字符串形式的点分十进制IP转换为大端模式的网络IP(整形4字节数) 参数说明:         af: AF_INET（指定要使用的地址族类型）         src: 字符串形式的点分十进制的IP地址         dst: 存放转换后的变量的地址 例如: inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);

手工也可以计算: 如192.168.232.145, 先将4个正数分别转换为16进制数,

192--->0xC0  168--->0xA8   232--->0xE8   145--->0x91

最后按照大端字节序存放: 0x91E8A8C0, 这个就是4字节的整形值.

（2）const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

函数说明: 网络IP转换为字符串形式的点分十进制的IP 参数说明:         af: AF_INET         src: 网络的整形的IP地址         dst: 转换后的IP地址,一般为字符串数组         size: dst的长度 返回值:         成功--返回指向dst的指针         失败--返回NULL, 并设置errno

例如: IP地址为010aa8c0, 转换为点分十进制的格式:

01---->1    0a---->10   a8---->168   c0---->192

由于从网络中的IP地址是高端模式, 所以转换为点分十进制后应该为: 192.168.10.1

通过man 7 ip可以查看相关说明：

struct sockaddr结构说明:    struct sockaddr {         sa_family_t sa_family;         char     sa_data[14];    } struct sockaddr_in结构: struct sockaddr_in {          sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */          in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */          struct in_addr sin_addr;   /* internet address */    };    /* Internet address. */    struct in_addr {          uint32_t  s_addr;     /* address in network byte order */    };  //网络字节序IP--大端模式

三、主要socket函数API介绍

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

函数描述: 创建socket 参数说明: domain: 协议版本         AF_INET IPV4         AF_INET6 IPV6         AF_UNIX AF_LOCAL本地套接字使用 type:协议类型         SOCK_STREAM 流式, 默认使用的协议是TCP协议         SOCK_DGRAM  报式, 默认使用的是UDP协议 protocal:         一般填0, 表示使用对应类型的默认协议. 返回值:         成功: 返回一个大于0的文件描述符         失败: 返回-1, 并设置errno 当调用socket函数以后, 返回一个文件描述符, 内核会提供与该文件描述符相对应的读和写缓冲区, 同时还有两个队列, 分别是请求连接队列和已连接队列.

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

函数描述: 将socket文件描述符和IP,PORT绑定 参数说明:         socket: 调用socket函数返回的文件描述符         addr: 本地服务器的IP地址和PORT,         struct sockaddr_in serv;         serv.sin_family = AF_INET;         serv.sin_port = htons(8888);         //serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);         //INADDR_ANY: 表示使用本机任意有效的可用IP         inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr); addrlen: addr变量的占用的内存大小 返回值:         成功: 返回0         失败: 返回-1, 并设置errno

（3）int listen(int sockfd, int backlog);

函数描述: 将套接字由主动态变为被动态 参数说明:         sockfd: 调用socket函数返回的文件描述符         backlog: 同时请求连接的最大个数(还未建立连接) 返回值:         成功: 返回0         失败: 返回-1, 并设置errno

（4）int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

函数说明:获得一个连接, 若当前没有连接则会阻塞等待. 函数参数:         sockfd: 调用socket函数返回的文件描述符         addr: 传出参数, 保存客户端的地址信息         addrlen: 传入传出参数,  addr变量所占内存空间大小 返回值:         成功: 返回一个新的文件描述符,用于和客户端通信         失败: 返回-1, 并设置errno值. accept函数是一个阻塞函数, 若没有新的连接请求, 则一直阻塞.

从已连接队列中获取一个新的连接, 并获得一个新的文件描述符, 该文件描述符用于和客户端通信.  (内核会负责将请求队列中的连接拿到已连接队列中)

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

函数说明: 连接服务器 函数参数:         sockfd: 调用socket函数返回的文件描述符         addr: 服务端的地址信息         addrlen: addr变量的内存大小 返回值:         成功: 返回0         失败: 返回-1, 并设置errno值

接下来就可以使用write和read函数进行读写操作了.

除了使用read/write函数以外, 还可以使用recv和send函数

读取数据和发送数据:

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

对应recv和send这两个函数flags直接填0就可以了.

注意: 如果写缓冲区已满, write也会阻塞, read读操作的时候, 若读缓冲区没有数据会引起阻塞.

使用socket的API函数编写服务端和客户端程序的步骤图示:

测试过程中可以使用netstat命令查看监听状态和连接状态

netstat命令:

        a表示显示所有,

        n表示显示的时候以数字的方式来显示

        p表示显示进程信息(进程名和进程PID）        

常用的netstat -anp | grep 8888  可以查看端口为8888的网络连接状态

四、服务端和客户端代码

客户端代码：

//客户端代码
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
 
int main()
{
    //创建socket---用于和服务端进行通信
    int cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(cfd<0)
    {
        perror("socket error");
        return -1;
    }
 
    //连接服务端
    //int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    struct sockaddr_in serv;
    serv.sin_family = AF_INET;
    serv.sin_port = htons(8888);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);
    printf("[%x]\n", serv.sin_addr.s_addr);
    int ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));
    if(ret<0)
    {
        perror("connect error");
        return -1;
    }   
 
    int n = 0;
    char buf[256];
    while(1)
    {
    	printf("请输入字符串:\n");
        //读标准输入数据
        memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
        n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
         
        //发送数据
        write(cfd, buf, n);
 
        //读服务端发来的数据
        memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
        n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
        if(n<=0)
        {
            printf("read error or server closed, n==[%d]\n", n);
            break;
        }
        printf("转化为大写的符串为：%s\n",buf);
    }
 
    //关闭套接字cfd
    close(cfd);
 
    return 0;
}

服务端代码：

//服务端程序
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <ctype.h>
 
 int main()
 {
 	int lfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
 	if(lfd < 0)
 	{
 		perror("socket error");
 		return -1;
	}
	struct sockaddr_in serv;
	bzero(&serv,sizeof(serv));
	serv.sin_family = AF_INET;
	serv.sin_port = htons(8888);
	serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	int ret = bind(lfd,(struct sockaddr *)&serv,sizeof(serv));
	if(ret<0)
    {
        perror("bind error");   
        return -1;
    }
	
	listen(lfd,128);
	
	struct sockaddr_in client;
	socklen_t len =  sizeof(client);
	int cfd = accept(lfd,(struct sockaddr*)&client,&len);
	
	int i;
	int n;
	char buf[1024];
	while(1)
	{
		//读数据
		memset(buf,0x00,sizeof(buf)); 
		n = read(cfd,buf,sizeof(buf));
		if(n <= 0)
		{
			printf("read error or client close n == [%d]\n",n);
			break;
		}
		printf("n == [%d],buf == [%s]\n",n,buf);
		
		for(i = 0;i < n;i ++)
		{
			buf[i] = toupper(buf[i]);
		}
		write(cfd,buf,n);
	}
	close(lfd);
	close(cfd);
	
 }

按照上面代码，先启动服务端代码，再去启动客户端代码，根据客户端代码提示，完成客户端实现大小写字母转化