Linux —— 网络编程套接字

news2025/1/12 23:03:19

一，网络字节序

二，socket编程接口

sockaddr结构

源IP地址、目的IP地址，在IP数据包头部，有此两个IP地址；

端口号，是传输层协议的内容；

端口号是一个2字节16位的整数；
端口号用来标识一个进程，告诉操作系统当前数据要交给哪个进程来处理；
IP地址+端口号能标识网络上的某台主机的某个进程；
一个端口号只能被一个进程占用；

一个进程可以绑定多个端口号，但一个端口号不能被多个进程绑定；

源端口号、目的端口号，传输层协议（TCP、UDP）的数据段中有此两个端口号，描述“数据是谁发的，要发给谁”；

TCP协议（Transmission Control Protocol 传输控制协议）

传输层协议
有连接
可靠传输
面向字节流

UDP协议（User Datagram Protocol 用户数据报协议）

传输层协议
无连接
不可靠传输
面向数据报

一，网络字节序

内存中的多字节数据相当于内存地址有大小端之分，磁盘文件中的多字节数据相当于文件中的偏移也有大小端之分，网络数据流同样也有大小端之分；

如何定义网络数据流的地址：

发送主机通常将发送缓冲区中的数据按内存从低到高的顺序发送；
接收主机把从网络上接到的字节依次保存在接收缓冲区中，也是按内存地址从低到高的顺序保存；
因此网络数据流的地址，先发出的数据是低地址，后发出的数据是高地址；
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；
不管这台主机是大端机还是小段机，都会按照TCP/IP协议规定的网络字节序来发送、接收数据；
如当前发送主机是小段，需先将数据转成大端，否则忽略直接发送即可；

为使网络程序具有可移植性，同样C代码在大端机和小端机上编译后都能正常运行，可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host，n表示network，l表示32位长整数，s表示16位短整数；
如htonl表示32位长整数从主机字节序转换为网络字节序；
如主机是小端字节序，这些函数将参数做相应的大小端转换，然后返回；
如主机是大端字节序，这些函数不做转换，然后返回；

二，socket编程接口

socket常见API

//创建socket文件描述符（TCP/UDP，客户端+服务器）
int socket(int domain, int type, int protocol);

//绑定端口号（TCP/UDP，服务器）
int bind(int socket, const struct sockaddr* address, socklen_t address_len);

//开始监听socket（TCP，服务器）
int listen(int socket, int backlog);

//接收请求（TCP，服务器）
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t address_len);

//建立连接（TCP，客户端）
int connect(int sockid, const struct sockaddr* addr, socklen_t addlen);

sockaddr结构

socket API是一层抽象的网络编程接口，适用于各种底层网络协议，如IPv4、IPv6，及UNIX Domain Socket；然而各种网络协议的地址格式并不相同；

IPv4、IPv6地址格式定义在netinet/in.h中，IPv4地址用sockaddr_in结构体表示，包括16位地址类型，16位端口号和32位IP地址；
IPv4、IPv6地址类型分别定义为常数AF_INET、AF_INET16；这样，只要取得某种sockadddr结构体的首地址，不需要知道具体是哪种类型的sockaddr结构体，就可以根据地址类型字段确定结构体中的内容；
socket API可以都用struct sockaddr*类型表示，在使用的时候需要强制转化sockaddr_in；这样的好处是程序的通用性，可以接收IPv4、IPv6，及UNIX Domain Socket各种类型的sockaddr结构体指针做为参数；

//socketaddr 结构
struct sockaddr{
    __SOCKADDR_COMMON (sa_);
    char sa_data[14];
};

//sockadddr_in 结构
struct sockaddr_in{
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);
    in_port_t sin_port;
    struct in_addr_ sin_addr;

    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) -
        __SOCKADDR_COMMON_SIZE - 
        sizeof (in_port_t) -
        sizeof (struct in_addr)];
};

虽然socket API的接口是sockaddr，但是真正在基于IPv4编程时，使用的数据结构是sockaddr_in；这个结构里主要有三部分信息：地址类型、端口号、IP地址；

//in_addr 结构
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr{
    in_addr_t s_addr;
};

in_addr用来表示一个IPv4的IP地址，其实就是一个32位的整数；

//UDP server.cc
#include <iostream>    
#include <cstring>    
#include <unistd.h>    
#include <sys/types.h>    
#include <sys/socket.h>    
#include <netinet/in.h>    
    
#define PORT 8081    
    
int main()    
{    
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);    
    if(sock < 0){    
        std::cerr << "socket error" << std::endl;    
        return 1;    
    }    
    std::cout << "sock: " << sock << std::endl;    
    
    struct sockaddr_in local;    
    memset(&local, 0, sizeof(local));    
    local.sin_family = AF_INET;    
    local.sin_port = htons(PORT); //    
    local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    
    
    if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0){    
      std::cout << "bind error " << std::endl;    
      return 1;    
    }    
    
    char message[1024];    
    for(; ;){    
      struct sockaddr_in peer;    
      socklen_t len = sizeof(peer);    
      ssize_t s = recvfrom(sock, message, sizeof(message)-1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);    
      if(s > 0){    
        message[s] = '\0';    
        std::cout << "client# " << message << std::endl;    
        sendto(sock, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);                                                               
      }    
      else{ 
        //todo
      }    
    }    
    
    close(sock);    
    return 0;    
}