Linux网络编程——概念及实现双方聊天

news2024/11/19 5:53:04

网络编程的场景： 假设你面前有五座房子（服务器），你要走到其中一座房子的某一间，此时你站在五座房子面前很迷茫，突然，第二座房子上面有人在叫，并且用汉语（TCP/UDP）叫：“我是第二号楼（ip地址），我的房间是1102（端口号）”，那么你就得到了楼号和房间号（获取服务器ip和端口号），就可以去找那个人（连接）。那个人就回房间了，等待你的到来。

Sockt服务器和客户端的开发步骤

  1. 创建套接字socket
  2. 为套接字添加信息（IP地址和端口号）
  3. 绑定套接字socket
  4. 监听网络连接
  5. 监听到有客户端接入，接受一个连接
  6. 数据交互
  7. 关闭套接字socket，断开连接

需要用到的12个API： socket、bind、inet_aton、inet_ntoa、listen、accept、read、write、send、recv、connect、htons

socket 函数

socket 函数用于创建一个新的套接字，返回一个套接字文件描述符。

原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);
参数
  • domain（协议族）：指定使用的地址族。常见的值包括：
    • AF_INET：IPv4协议
    • AF_INET6：IPv6协议
    • AF_UNIX：本地通信（UNIX域套接字）
  • type（套接字类型）：指定套接字的类型。常见的值包括：
    • SOCK_STREAM：提供面向连接的稳定数据传输（TCP）
    • SOCK_DGRAM：提供数据报文服务（UDP）
    • SOCK_RAW：提供原始网络协议访问
  • protocol：指定使用的协议。一般情况下，传递 0 以自动选择合适的协议。
返回值

成功时返回一个新的套接字文件描述符，失败时返回 -1 并设置 errno 来指示错误类型。

示例
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd == -1) {
    perror("socket");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

bind 函数

bind 函数将套接字与特定的地址和端口绑定。对服务器来说，这一步是必不可少的，以便客户端可以通过指定的地址和端口连接到服务器。

原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数
  • sockfd：由 socket 函数返回的套接字文件描述符。
  • addr：指向 sockaddr 结构的指针，该结构包含了需要绑定的地址和端口信息。具体类型取决于协议族，比如 struct sockaddr_in 用于 IPv4。
  • addrlen：addr 结构的大小（字节数）。
返回值

成功时返回 0，失败时返回 -1 并设置 errno 来指示错误类型。

示例
// 声明并清零‘sockaddr_in’结构
struct sockaddr_in my_addr;
memset(&my_addr, 0, sizeof(my_addr));

// 设置地址族、端口号、IP地址
my_addr.sin_family = AF_INET;  // 使用IPv4地址
my_addr.sin_port = htons(8080);  // 绑定端口号 8080
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 绑定到所有本地地址

// 绑定套接字
if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(my_addr)) == -1) {
    perror("bind");
    close(sockfd);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

详细地解释一下 sockaddr 结构及其在 bind 函数中的使用：

sockaddr 是一个通用的地址结构，它可以表示多种不同类型的地址。为了方便使用特定协议族的地址，我们通常会使用具体的地址结构，并在需要时将其强制转换为 sockaddr 类型。

对于IPv4地址，我们使用 sockaddr_in 结构。以下是 sockaddr_in 的定义：

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; // 地址族 (例如 AF_INET)
    in_port_t      sin_port;   // 端口号 (需要使用 htons 转换为网络字节序)
    struct in_addr sin_addr;   // IP地址 (in_addr 结构)
    char           sin_zero[8]; // 填充字段, 使结构大小与 `sockaddr` 对齐
};

in_addr 结构表示一个IPv4地址，它包含一个成员：

struct in_addr {
    uint32_t s_addr; // IP地址 (使用 `inet_aton` 或 `INADDR_ANY` 等设置)
};

inet_aton 和 inet_ntoa

inet_aton 和 inet_ntoa 是两个用于处理IP地址的函数，分别用于将点分十进制的字符串格式的IP地址转换为二进制格式，以及将二进制格式的IP地址转换为点分十进制字符串格式。点分十进制（Dotted Decimal Notation）是一种表示IPv4地址的方法，将IP地址表示为四个以点（.）分隔的十进制数，每个十进制数对应一个字节（8位）。

inet_aton 函数

inet_aton 函数用于将点分十进制的字符串格式的IPv4地址转换为二进制格式，并存储在 in_addr 结构中。

原型

#include <arpa/inet.h>

int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
参数
  • cp：指向以点分十进制表示的IP地址字符串（例如 "192.168.1.1"）。
  • inp：指向 in_addr 结构的指针，函数将转换后的二进制IP地址存储在此结构中。
返回值

成功时返回非零值（1），失败时返回零（0）。

示例
struct in_addr addr;
inet_aton("192.168.1.1", &addr);

inet_ntoa 函数

inet_ntoa 函数用于将 in_addr 结构中的二进制格式的IP地址转换为点分十进制的字符串格式。

原型
#include <arpa/inet.h>

char *inet_ntoa(struct in_addr in);
参数
  • in：包含二进制格式IP地址的 in_addr 结构。
返回值

返回指向静态缓冲区中存储的以点分十进制表示的IP地址字符串的指针。

注意

返回的字符串存储在静态缓冲区中，因此在多线程环境中使用时需要注意线程安全问题。

示例
struct in_addr addr;
addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1");  // 或者使用 inet_aton
char *ip_str = inet_ntoa(addr);
printf("IP address: %s\n", ip_str);

listen 函数

listen 函数用于将套接字设置为被动模式，表示这个套接字用于接受来自客户端的连接请求。

原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);
参数
  • sockfd：套接字文件描述符，指向一个已经绑定了地址的套接字（通过 bind 函数）。
  • backlog：连接队列的最大长度，即等待处理的连接请求的最大数量。如果有更多的连接请求到达，它们可能会被拒绝或者忽略。
返回值

成功时返回0，失败时返回-1，并设置 errno 来指示错误。

示例
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
struct sockaddr_in serv_addr;

// 绑定套接字到一个地址和端口
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

// 设置套接字为监听模式，允许最多5个待处理连接
if (listen(sockfd, 5) == -1) {
    perror("listen");
    close(sockfd);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

accept 函数

accept 函数用于从监听套接字的连接队列中接受一个连接请求，并返回一个新的套接字文件描述符用于与客户端通信。

原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数
  • sockfd：监听套接字文件描述符，通过 listen 函数设置为监听模式的套接字。
  • addr：指向 sockaddr 结构的指针，用于存储连接客户端的地址信息。可以为 NULL，表示不关心客户端地址。
  • addrlen：指向 socklen_t 类型的变量，用于存储客户端地址结构的大小。可以为 NULL，表示不关心客户端地址。
返回值

成功时返回新的套接字文件描述符，失败时返回-1，并设置 errno 来指示错误。

示例
struct sockaddr_in cli_addr;
socklen_t clilen = sizeof(cli_addr);

// 从连接队列中接受一个连接请求
int newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen);
if (newsockfd == -1) {
    perror("accept");
    close(sockfd);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

// 现在可以使用 newsockfd 与客户端通信

在Linux网络编程中，read 和 write 函数用于从套接字读取数据和向套接字写入数据。这两个函数是从Unix系统编程中继承过来的，广泛应用于文件I/O和网络I/O操作。

read 函数(从哪里读)

read 函数用于从文件描述符中读取数据。在网络编程中，文件描述符可以是一个套接字。

原型
#include <unistd.h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
参数
  • fd：文件描述符（或套接字描述符）。
  • buf：指向存储读取数据的缓冲区。
  • count：要读取的最大字节数。
返回值
  • 成功时，返回读取的字节数。如果返回值是0，表示已到达文件末尾（对于套接字，表示对端已关闭连接）。
  • 失败时，返回-1，并设置 errno 指示错误。
示例
char buffer[256];
ssize_t n = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));
if (n < 0) {
    perror("ERROR reading from socket");
}

write 函数(写到哪里去)

write 函数用于向文件描述符中写入数据。在网络编程中，文件描述符可以是一个套接字。

原型
#include <unistd.h>

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
参数
  • fd：文件描述符（或套接字描述符）。
  • buf：指向要写入数据的缓冲区。
  • count：要写入的字节数。
返回值
  • 成功时，返回写入的字节数。
  • 失败时，返回-1，并设置 errno 指示错误。
示例
const char *message = "Hello, World!";
ssize_t n = write(sockfd, message, strlen(message));
if (n < 0) {
    perror("ERROR writing to socket");
}

在网络编程中，send 和 recv 函数是用于在套接字上发送和接收数据的更灵活的函数。它们提供了一些额外的选项，可以更精细地控制数据传输行为。

send 函数

send 函数用于向一个连接的套接字发送数据。

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
  • sockfd：要发送数据的套接字描述符。
  • buf：指向要发送数据的缓冲区。
  • len：要发送的数据长度。
  • flags：控制数据传输的标志，可以是以下标志的组合：设置为0，意味着不使用任何特殊选项
    • MSG_OOB：发送带外数据。
    • MSG_DONTROUTE：不使用路由表发送数据。
    • MSG_NOSIGNAL：在向已关闭的连接发送数据时不产生 SIGPIPE 信号。
返回值
  • 成功时，返回发送的字节数。
  • 失败时，返回-1，并设置 errno 指示错误。
示例
const char *message = "Hello, World!";
ssize_t n = send(sockfd, message, strlen(message), 0);
if (n < 0) {
    perror("ERROR sending to socket");
}

recv 函数

recv 函数用于从一个连接的套接字接收数据。

原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
参数
  • sockfd：要接收数据的套接字描述符。
  • buf：指向接收数据的缓冲区。
  • len：接收数据的最大长度。
  • flags：控制数据接收的标志，可以是以下标志的组合：设置为0，意味着不使用任何特殊选项
    • MSG_OOB：接收带外数据。
    • MSG_PEEK：查看数据但不从输入队列中删除。
    • MSG_WAITALL：等待所有数据到达。
返回值
  • 成功时，返回接收的字节数。如果连接被关闭，返回0。
  • 失败时，返回-1，并设置 errno 指示错误。
示例
char buffer[256];
ssize_t n = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
if (n < 0) {
    perror("ERROR receiving from socket");
}

connect 函数

在网络编程中，connect 函数是用来在客户端程序中连接服务器的。connect 函数用于将客户端的套接字连接到服务器上的套接字。

原型
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
数
  • sockfd：套接字描述符。
  • addr：指向包含目标地址和端口的 struct sockaddr 结构体的指针。
  • addrlen：地址结构的大小。
返回值
  • 成功时返回 0。
  • 失败时返回 -1，并设置 errno 以指示错误。
示例
int sockfd;
struct sockaddr_in serv_addr;

// 创建套接字
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0) {
    perror("ERROR opening socket");
    exit(1);
}

// 初始化服务器地址结构
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(8080);
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
    perror("ERROR invalid server IP address");
    close(sockfd);
    exit(1);
}

// 连接服务器
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
    perror("ERROR connecting");
    close(sockfd);
    exit(1);
}

htons 函数

htons 函数用于将主机字节顺序转换为网络字节顺序。网络通信使用大端字节序，而主机可能使用小端字节序。因此，在设置端口号时，需要将其转换为网络字节顺序。

  • h：host（主机）
  • t：to（到）
  • n：network（网络）
  • s：short（短整数）

因此，htons 代表 "host to network short"，即将主机字节顺序的短整数（16 位整数）转换为网络字节顺序。

  • Host：主机字节顺序。不同的计算机体系结构可能使用不同的字节顺序来存储数据。常见的有两种：

    • 小端序 (Little Endian)：最低有效字节存储在最低地址。
    • 大端序 (Big Endian)：最高有效字节存储在最低地址。

  • To：表示转换的方向。

  • Network：网络字节顺序。互联网协议采用大端序来表示数据。

  • Short：短整数，指 16 位的整数类型。这个函数专门用于处理 16 位的整数。

示例
uint16_t port = 8080;
uint16_t net_port;

net_port = htons(port);
printf("Host order: %d, Network order: %d\n", port, net_port);

CTRL+Z - 暂停进程，用于将当前前台进程挂起（暂停），并将其放到后台。（还活着）

CTRL+C - 终止进程，用于强制终止当前前台进程。（死了）

下面演示的是一个服务端和2个客户端之间互相交流，服务端自动回复：

server.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char **argv)
{
        int s_fd;
        int c_fd;
        int n_read;
        char readBuf[128];

        int mark = 0;
        char msg[128] = {0};

        struct sockaddr_in s_addr;
        struct sockaddr_in c_addr;

        if(argc != 3) {
                printf("param is not good\n");
                exit(-1);
        }

        memset(&s_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
        memset(&c_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

        s_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if(s_fd == -1) {
                perror("socket");
                exit(-1);
        }

        s_addr.sin_family = AF_INET;
        s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
        inet_aton(argv[1], &s_addr.sin_addr);

        bind(s_fd, (struct sockaddr *)&s_addr, sizeof(struct sockaddr_in));

        listen(s_fd, 10);

        int clen = sizeof(struct sockaddr_in);
        while(1) {

                c_fd = accept(s_fd, (struct sockaddr *)&c_addr, &clen);
                if(c_fd == -1) {
                        perror("accept");
                }

                mark++;
                printf("get connect: %s\n", inet_ntoa(c_addr.sin_addr));

                if(fork() == 0) {

                        if(fork() == 0) {
                                while(1) {
                                        sprintf(msg, "welcom No.%d client", mark);
                                        write(c_fd, msg, strlen(msg));
                                        sleep(3);
                                }
                        }

                        while(1) {
                                memset(readBuf, 0, sizeof(readBuf));
                                n_read = read(c_fd, readBuf, 128);
                                if(n_read == -1) {
                                        perror("read");
                                } else if(n_read > 0) {
                                        printf("\nget: %s\n", readBuf);
                                } else {
                                        printf("client quit\n");
                                        break;
                                }
                        }
                        break;
                }
        }
        return 0;
}

client.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

int main(int argc, char **argv)
{
        int c_fd;
        int n_read;
        char readBuf[128];
        int tmp;

        char msg[128] = {0};
        struct sockaddr_in c_addr;
        struct sockaddr_in f_addr;
        memset(&c_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

        if(argc != 3) {
                printf("param is not good\n");
                exit(-1);
        }

        printf("%d\n", getpid());

        c_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
        if(c_fd == -1) {
                perror("socket");
                exit(-1);
        }

        f_addr.sin_family = AF_INET;
        f_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
        inet_aton(argv[1], &f_addr.sin_addr);

        if(connect(c_fd, (struct sockaddr *)&f_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
                perror("connect");
                exit(-1);
        }

        while(1) {
                if(fork() == 0) {
                        while(1) {
                                memset(msg, 0, sizeof(msg));
                                printf("input: ");
                                fgets(msg, sizeof(msg), stdin);
                                write(c_fd, msg, strlen(msg));
                        }
                }

                while(1) {
                        memset(readBuf, 0, sizeof(readBuf));
                        n_read = read(c_fd, readBuf, 128);
                        if(n_read == -1) {
                                perror("read");
                                exit(-1);
                        }else{
                                printf("\nget:%s\n", readBuf);
                        }
                }
        }


        return 0;
}

运行结果：下面是同一台虚拟机，再下面是虚拟机和手机。 

 

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【设计模式深度剖析】【1】【行为型】【模板方法模式】| 以烹饪过程为例加深理解

【设计模式深度剖析】【1】【行为型】【模板方法模式】| 以烹饪过程为例加深理解

&#x1f448;️上一篇:结构型设计模式对比 | 下一篇:命令模式&#x1f449;️ 设计模式-专栏&#x1f448;️ 文章目录 模板方法模式定义英文原话直译如何理解呢&#xff1f; 2个角色类图代码示例 应用优点缺点使用场景 示例解析&#xff1a;以烹饪过程为例类图代码示例…
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国自然基金的检索

国自然基金的检索

&#xff08;1&#xff09;网址 跳转国自然基金网址&#xff1a;https://www.nsfc.gov.cn/ &#xff08;2&#xff09;查询入口 &#xff08;3&#xff09;进行查询
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贪心算法-数组跳跃游戏(mid)

贪心算法-数组跳跃游戏(mid)

目录 一、问题描述 二、解题思路 1.回溯法 2.贪心算法 三、代码实现 1.回溯法实现 2.贪心算法实现 四、刷题链接 一、问题描述 二、解题思路 1.回溯法 使用递归的方式&#xff0c;找到所有可能的走步方式&#xff0c;并记录递归深度&#xff08;也就是走步次数&#x…
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fastadmin/thinkPHPQueue消息队列详细教程

fastadmin/thinkPHPQueue消息队列详细教程

thinkphp-queue 是thinkphp 官方提供的一个消息队列服务，它支持消息队列的一些基本特性： 消息的发布，获取，执行，删除，重发，失败处理，延迟执行，超时控制等队列的多队列， 内存限制 ，启动，停止，守护等消息队列可降级为同步执行1、通过composer安装thinkPHP消息队列 …
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实验笔记之——DPVO（Deep Patch Visual Odometry）

实验笔记之——DPVO（Deep Patch Visual Odometry）

本博文记录本文测试DPVO的过程&#xff0c;本博文仅供本人学习记录用~ 《Deep Patch Visual Odometry》 代码链接&#xff1a;GitHub - princeton-vl/DPVO: Deep Patch Visual Odometry 目录 配置过程 测试记录 参考资料 配置过程 首先下载代码以及创建conda环境 git clo…
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大漠插件7.2422

大漠插件7.2422

工具名称:大漠插件7.2422 /更新时间2024年6月2日 / v7.2422 1. 综合工具的图像编辑工具可以缩放窗口了 2. 增加AiFindPic AiFindPicEx AiFindPicMem AiFindPicMemEx AiEnableFindPicWindow 共5个接口 / 工具简介: 大漠 综合 插件 (dm.dll)采用vc6.0编写&#xff0c;识别速度超级…
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网络编程: reactor模式的步步探索与实现

网络编程: reactor模式的步步探索与实现

网络编程: reactor模式的步步探索与实现 一.步步探索1.先看一下之前的BUG的影响2.解决拼接式读取问题3.进一步的探索4.Connection的提出5.EpollServer的修改并将监听套接字添加进去6.小演示 二.协议与业务登场1.协议,业务,解决粘包,序列反序列化等等的函数模块实现2.读写异常事…
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推荐使用优豆云免费云服务器、免费虚拟主机

推荐使用优豆云免费云服务器、免费虚拟主机

官网地址&#xff1a;https://www.udouyun.com 经济实惠&#xff1a;相较于其他云服务器提供商&#xff0c;优豆云服务器提供免费的云服务&#xff0c;对于一些预算有限的个人和初创企业来说&#xff0c;是一个不错的选择。操作便捷&#xff1a;优豆云服务器提供了Linux和Wind…
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智能视频监控平台LntonCVS视频融合共享平台保障露营安全解决方案

智能视频监控平台LntonCVS视频融合共享平台保障露营安全解决方案

在当今社会&#xff0c;都市生活的快节奏和压力使得越来越多的人渴望逃离城市的喧嚣&#xff0c;寻求一种短暂的慢生活体验。他们向往在壮丽的山河之间或宁静的乡村中露营&#xff0c;享受大自然的宁静与美好。随着露营活动的普及&#xff0c;露营地的场景也变得更加丰富多样&a…
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YOLOv8---seg实例分割（制作数据集，训练模型，预测结果）

YOLOv8---seg实例分割（制作数据集，训练模型，预测结果）

YOLOv8----seg实例分割&#xff08;制作数据集&#xff0c;训练模型&#xff0c;预测结果&#xff09; 内容如下&#xff1a;【需要软件及工具&#xff1a;pycharm、labelme、anaconda、云主机&#xff08;跑训练&#xff09;】 1.制作自己的数据集 2.在yolo的预训练模型的基础…
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【scau大数据技术与原理2】综合性实验Spark集群的安装和使用——安装启动spark shell篇

【scau大数据技术与原理2】综合性实验Spark集群的安装和使用——安装启动spark shell篇

实验内容简介&#xff1a; Spark是一个分布式计算框架&#xff0c;常用于大数据处理。本次实验中&#xff0c;首先设计一个包含主节点和从节点的Spark集群架构&#xff0c;并在CentOS的Linux环境下进行搭建。通过下载并解压Spark安装包&#xff0c;配置环境变量和集群参数&…
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问题：学生品德不良的矫正与教育可以采取以下措施()。 #其他#学习方法#微信

问题：学生品德不良的矫正与教育可以采取以下措施()。 #其他#学习方法#微信

问题&#xff1a;学生品德不良的矫正与教育可以采取以下措施()。 A、创设良好的交流环境,消除情绪障碍 B、提高道德认识,消除意义障碍 C、锻炼学生与诱因作斗争的意志力 D、消除习惯惰性障碍 E、发现积极因素,多方法协同进行,促进转化 参考答案如图所示
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BPMN开始事件-Activiti7从入门到专家（7）

BPMN开始事件-Activiti7从入门到专家（7）

开始事件类型 bpmn开始事件表示流程的开始&#xff0c;定义流程如何启动&#xff0c;在某种情况下启动&#xff0c;比如接收事件启动&#xff0c;指定事件启动等&#xff0c;开始事件有5种类型&#xff1a; 空开始事件定时器开始事件信号开始事件消息开始事件错误开始事件 继…
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Java | Leetcode Java题解之第128题最长连续序列

Java | Leetcode Java题解之第128题最长连续序列

题目&#xff1a; 题解&#xff1a; class Solution {public int longestConsecutive(int[] nums) {Set<Integer> num_set new HashSet<Integer>();for (int num : nums) {num_set.add(num);}int longestStreak 0;for (int num : num_set) {if (!num_set.contai…
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