Linux下,基于TCP与UDP协议,不同进程下单线程通信服务器
Linux下,基于TCP与UDP协议,不同进程下单线程通信服务器
六十五、TCP与UDP的基础模型
1. socket
1.1 套接字概念
- 最早的套接字和共享内存,消息队列,管道一样,只能实现一个主机内部的进程间通信。
- 后期加入了TCP/IP协议,使的套接字能够支持不同主机之间的进程间通信。
- socket函数,可以在内核空间中创建两块缓冲区,供于发送数据,接收数据。
1.2 socket 函数
功能:
在内核空间中创建两个缓冲区(发送缓冲区,接收缓冲区),返回该缓冲区的文件描述符到用户空间中;
原型:
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数:
int domain:地址族,协议族。
Name Purpose Man page
AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication unix(7)
AF_INET IPv4 Internet protocols ip(7)
AF_INET6 IPv6 Internet protocols ipv6(7)
int type:
SOCK_STREAM:字节流式套接字,流式套接字,默认使用TCP协议;
SOCK_DGRAM: 数据报式套接字,报式套接字,默认使用UDP协议;
SOCK_RAW: 原始套接字,协议需要在第三个参数手动指定.
int protocol:默认协议,填0;
IPPROTO_TCP IPPROTO_UDP IPPROTO_IP
返回值:
成功,返回一个新的文件描述符;
失败,返回-1,更新errno;
2. TCP编程
2.1 TCP流程图
2.2 TCP 中的函数
2.2.1 socket
功能:
在内核空间中创建两个缓冲区(发送缓冲区,接收缓冲区),返回该缓冲区的文件描述符到用户空间中;
原型:
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数:
int domain:地址族,协议族。
Name Purpose Man page
AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication unix(7)
AF_INET IPv4 Internet protocols ip(7)
AF_INET6 IPv6 Internet protocols ipv6(7)
int type:
SOCK_STREAM:字节流式套接字,流式套接字,默认使用TCP协议;
SOCK_DGRAM: 数据报式套接字,报式套接字,默认使用UDP协议;
SOCK_RAW: 原始套接字,协议需要在第三个参数手动指定.
int protocol:默认协议,填0;
IPPROTO_TCP IPPROTO_UDP IPPROTO_IP
返回值:
成功,返回一个新的文件描述符;
失败,返回-1,更新errno;
2.2.2 bind
功能:
绑定地址信息到指定套接字上;
原型:
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
参数:
int sockfd:指定要绑定到哪个套接字上,填对应的文件描述符;
struct sockaddr *addr:通用地址信息结构体,真实的地址信息结构体根据地址族指定。
手动填充上地址信息(例如:IP和端口),给bind函数绑定使用;
AF_INET: man 7 IP
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ 必须填AF_INET
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ 端口号的网络字节序(1024~49151)
struct in_addr sin_addr; /* internet address */ IP地址的网络字节序,(本机IP:ifconfig查看)
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
AF_INET6: man 7 ipv6
socklen_t addrlen:真实的地址信息结构体的大小,sizeof(struct sockaddr_in);
返回值:
成功,返回0;
失败,返回-1,更新errno;
报错解释:bind: Address already in use ---->原因:代码异常退出后,端口号会在30s~3min不等的时间释放。
2.2.3 listen
功能:
将套接字设置为被动监听状态;
让内核去维护两个队列:未完成连接的队列,已完成连接的队列
原型:
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
参数:
int sockfd:指定要转换成被动监听状态的文件描述符;
int backlog:指定未完成连接队列的容量,不要填0和1即可,一般填128;
返回值:
成功,返回0;
失败,返回-1,更新errno;
2.2.4 accept(阻塞函数)
功能:
阻塞函数,阻塞等待客户端连接成功,从已完成连接的队列中获取一个客户端信息,生成一个新的文件描述符。
该文件描述符才是与客户端通信的文件描述符;
原型:
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数:
int sockfd:被转换成被动监听状态的文件描述符;
struct sockaddr *addr:通用地址信息结构体,真实的地址信息结构体根据地址族指定。
存储获取到的客户端的地址信息;若不想获取,则填NULL;
AF_INET: man 7 IP
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ 必须填AF_INET
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ 端口号的网络字节序(1024~49151)
struct in_addr sin_addr; /* internet address */ IP地址的网络字节序,(本机IP:ifconfig查看)
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
socklen_t *addrlen:真实的地址信息结构体的大小,注意是指针类型,若第二个参数填NULL,则该参数也填NULL;
返回值:
成功,返回新的通信套接字文件描述符; 该文件描述符才是与客户端通信的文件描述符;
失败,返回-1,更新errno;
2.2.5 recv
功能:
接收数据;
原型:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
参数:
int sockfd:指定从哪个套接字维护的缓冲区中读取数据;
void *buf:存储接收到的数据,void*:可以接收任意类型数据;
size_t len:指定要接收多少个字节的数据;
int flags:
0:阻塞方式,当缓冲区中没有数据的时候,该函数阻塞; 若flags==0, 则recv函数等价于read函数;
MSG_DONTWAIT:非阻塞方式,当当缓冲区中没有数据的时候,该函数不阻塞;且函数运行失败;
返回值:
>0, 成功读取到的字节数;
=0,在流失套接字中,若对端关闭,则返回0;
=-1, 函数运行失败,更新errno;
recv(sockfd, buf, len, flags);
等价于 recvfrom(sockfd, buf, len, flags, NULL, NULL);
recv函数能否替换成其他函数?
可以,当recv函数最后一个参数填0,可以替换成read函数,
当recvfrom后面两个参数填NULL的时候,等价于recv函数,所以可以替换成recvfrom
2.2.6 send
功能:
发送数据;
原型:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
参数:
int sockfd:指定向哪个套接字维护的缓冲区中写入数据;
void *buf:指定要发送的数据的首地址,void*:可以发送任意类型数据;
size_t len:指定要发送多少个字节的数据;
int flags:
0:阻塞方式,当缓冲区中满的时候,该函数阻塞; 若flags==0, 则send函数等价于write函数;
MSG_DONTWAIT:非阻塞方式,当缓冲区中满的时候,该函数不阻塞;且函数运行失败;
返回值:
>0, 成功发送的字节数;
=-1,函数运行失败,更新errno;
send(sockfd, buf, len, flags);
等价于 sendto(sockfd, buf, len, flags, NULL, 0);
send函数能否替换成其他函数?
可以,当send函数最后一个参数填0,可以替换成write函数,
当sendto后面两个参数填NULL, 0 的时候,等价于send函数,所以可以替换成sendto
2.2.7 connect
功能:
连接服务器;
原型:
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
参数:
int sockfd:指定要通过哪个文件描述符连接服务器;
struct sockaddr *addr:通用地址信息结构体,真实的地址信息结构体根据地址族指定。
手动填充上服务器的地址信息(例如:IP和端口),给connect函数绑定使用;
想要连接哪个服务器就填哪个服务器的地址信息
AF_INET: man 7 IP
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ 必须填AF_INET
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ 端口号的网络字节序(1024~49151)
struct in_addr sin_addr; /* internet address */ IP地址的网络字节序,(本机IP:ifconfig查看)
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
socklen_t addrlen:真实的地址信息结构体的大小,sizeof(struct sockaddr_in);
返回值:
成功,返回0;
失败,返回-1,更新errno;
3. UDP编程
3.1 UDP流程图
3.2 UDP搭建
3.2.1 socket
功能:
在内核空间中创建两个缓冲区(发送缓冲区,接收缓冲区),返回该缓冲区的文件描述符到用户空间中;
原型:
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数:
int domain:地址族,协议族。
Name Purpose Man page
AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication unix(7)
AF_INET IPv4 Internet protocols ip(7)
AF_INET6 IPv6 Internet protocols ipv6(7)
int type:
SOCK_STREAM:字节流式套接字,流式套接字,默认使用TCP协议;
SOCK_DGRAM: 数据报式套接字,报式套接字,默认使用UDP协议;
SOCK_RAW: 原始套接字,协议需要在第三个参数手动指定.
int protocol:默认协议,填0;
IPPROTO_TCP IPPROTO_UDP IPPROTO_IP
返回值:
成功,返回一个新的文件描述符;
失败,返回-1,更新errno;
3.2.2 bind
功能:
绑定地址信息到指定套接字上;
原型:
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
参数:
int sockfd:指定要绑定到哪个套接字上,填对应的文件描述符;
struct sockaddr *addr:通用地址信息结构体,真实的地址信息结构体根据地址族指定。
手动填充上地址信息(例如:IP和端口),给bind函数绑定使用;
AF_INET: man 7 IP
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ 必须填AF_INET
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ 端口号的网络字节序(1024~49151)
struct in_addr sin_addr; /* internet address */ IP地址的网络字节序,(本机IP:ifconfig查看)
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
AF_INET6: man 7 ipv6
socklen_t addrlen:真实的地址信息结构体的大小,sizeof(struct sockaddr_in);
返回值:
成功,返回0;
失败,返回-1,更新errno;
3.2.3 recvfrom
功能:
接收数据的同时可以获取到该数据包从哪里来,即可以知道发送方的地址信息;
原型:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
参数:
int sockfd:指定从哪个套接字维护的缓冲区中读取数据;
void *buf:存储接收到的数据,void*:可以接收任意类型数据;
size_t len:指定要接收多少个字节的数据;
int flags:
0:阻塞方式,当缓冲区中没有数据的时候,该函数阻塞; 若flags==0, 则recv函数等价于read函数;
MSG_DONTWAIT:非阻塞方式,当当缓冲区中没有数据的时候,该函数不阻塞;且函数运行失败;
struct sockaddr *src_addr:通用地址信息结构体,真实的地址信息结构体根据地址族指定。
用于存储发送方的地址信息的,即用于存储这个包是从谁那里发送过来的。若不想接收则填NULL;
AF_INET: man 7 IP
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ 必须填AF_INET
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ 端口号的网络字节序(1024~49151)
struct in_addr sin_addr; /* internet address */ IP地址的网络字节序,(本机IP:ifconfig查看)
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
socklen_t *addrlen:真实的地址信息结构体的大小,注意是指针类型,若第二个参数填NULL,则该参数也填NULL;
返回值:
>0, 成功读取到的字节数;
=0,但是只有在流失套接字中,若对端关闭,则返回0;
=-1, 函数运行失败,更新errno;
recv(sockfd, buf, len, flags);
等价于 recvfrom(sockfd, buf, len, flags, NULL, NULL);
3.2.4 sendto
功能:
发送数据给指定该数据包应该发给谁,即指定接收方的地址,必须指定清楚这个包该发给谁
原型:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
参数:
int sockfd:指定向哪个套接字维护的缓冲区中写入数据;
void *buf:指定要发送的数据的首地址,void*:可以发送任意类型数据;
size_t len:指定要发送多少个字节的数据;
int flags:
0:阻塞方式,当缓冲区中满的时候,该函数阻塞; 若flags==0, 则send函数等价于write函数;
MSG_DONTWAIT:非阻塞方式,当缓冲区中满的时候,该函数不阻塞;且函数运行失败;
struct sockaddr *src_addr:通用地址信息结构体,真实的地址信息结构体根据地址族指定。
指定该数据包应该发给谁,即指定接收方的地址信息,想发给谁填谁的地址信息;
AF_INET: man 7 IP
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ 必须填AF_INET
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ 端口号的网络字节序(1024~49151)
struct in_addr sin_addr; /* internet address */ IP地址的网络字节序,(本机IP:ifconfig查看)
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
socklen_t addrlen:真实的地址信息结构体的大小;
返回值:
>0, 成功发送的字节数;
=-1,函数运行失败,更新errno;
send(sockfd, buf, len, flags);
等价于 sendto(sockfd, buf, len, flags, NULL, 0);
网络调试工具— —飞机的用法
- 注意: 关闭计算机的杀毒软件,电脑管家,防火墙