Linux学习网络编程学习（TCP和UDP）

news2024/10/10 0:47:01

文章目录

  • 网络编程主要函数介绍
    • 1、==socket函数==
    • 2、bind函数
      • 转换端口和IP形式的函数
    • 3、listen函数
    • 4、accept函数
    • 网络模式（TCP&UDP）
      • 1、面向连接的TCP流模式
      • 2、UDP用户数据包模式
    • 编写一个简单服务端编程
    • 5、connect函数
    • 编写一个简单客户端编程
  • 超级客户端&服务端（TCP）
    • 1、服务端
    • 2、客户端
  • 超级客户端&服务端（UDP）
    • 1、服务端
    • 2、客户端实现1（使用connect）
    • 3、客户端实现2（不使用connect）
    • 客户端1和2的区别

网络编程主要函数介绍

1、socket函数

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

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

此函数用于创建一个套接字
参数：
domain 是网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX 和 AF_INET 等)。
①AF_UNIX 只能够用于单一的 Unix 系统进程间通信
②AF_INET 是针 对 Internet 的，因而可以允许远程通信使用。

type 是网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM 等)。
①SOCK_STREAM 表明用的是 TCP 协议，这样会提供按顺序的，可靠，双向，面向连接的比特流。
②SOCK_DGRAM 表明用的是 UDP 协议，这样只会提不可靠，无连接的通信。
关于 protocol，由于指定了 type，所以这个地方一般只要用 0 来代替就可以了。
返回值：
执行成功分返回文件描述符，失败时返回-1

2、bind函数

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

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

从函数用于将地址绑定到一个套接字。
参数：
①sockfd 是由 socket 函数调用返回的文件描述符。
②my_addr 是一个指向 sockaddr 的指针。
③addrlen 是 sockaddr 结构的长度。

sockaddr 的定义：

struct sockaddr{
unisgned short as_family;
char sa_data[14];
};

不 过 由 于 系 统 的 兼 容 性 , 我 们 一 般 使 用 另 外 一 个 结 构 (struct sockaddr_in) 来代替。 sockaddr_in 的定义：

struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family;
unsigned short sin_port;
struct in_addr sin_addr; // // 结构体套结构体 sin_addr.s_addr
unsigned char sin_zero[8];
}

如果使用 Internet
sin_family 一般为 AF_INET。

sin_addr 设置为自身的IP。

sin_port 是要监听的端口号。

bind 将本地的端口同 socket 返回的文件描述符捆绑在一起.

成功则返回 0, 失败则情况和 socket 一样。
==注意：==端口号和IP填入函数需要使用参数的特定形式

转换端口和IP形式的函数

端口形式转换：

htons(8989);
8989-端口号

IP形式 转换：

inet_aton("192.168.163.128",&s_addr.sin_addr);
192.168.163.128——IP号
&s_addr.sin_addr——将IP形式转换后赋给&s_addr.sin_addr

IP形式逆转换

char* inet_ntoa(struct in_addr num);
返回值：返回IP原来格式，类似于192.168.163.128

inet_ntoa(c_addr.sin_addr)；

3、listen函数

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

此函数宣告服务器可以接受连接请求。
参数：
①sockfd 是 bind 后的文件描述符。
②backlog 设置请求排队的最大长度。当有多个客户端程序和服务端相连时， 使用这个表示可以介绍的排队长度。

listen 函数将 bind 的文件描述符变为监听套接字，返回的情况和 bind 一 样。

4、accept函数

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

服务器使用此函数获得连接请求，并且建立连接。
参数：
addr，addrlen 是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了， bind,listen 和 accept 是服务器端用的函数。配合转换函数就可以知道连接人的IP以及其他信息！（后面会示范）

accept 调用时，服务器端的程序会一直阻塞到有一个客户程序发出了连接。

accept 成功时返回最后的服务器端的文件描述符，这个时候服务器端可以向该描述符写信息了，失败时返回-1 。

网络模式（TCP&UDP）

1、面向连接的TCP流模式

在这里插入图片描述

2、UDP用户数据包模式

在这里插入图片描述

编写一个简单服务端编程

前面学习了好几个函数了，足够我们写出一个简单的可供链接的服务端了！

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

//int listen(int sockfd, int backlog);
//int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

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

int main(int argc, char** argv)
{
  int s_fd;
  struct sockaddr_in s_addr;
  struct sockaddr_in c_addr;

  //socket
  s_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if(s_fd == -1)//创建一个套接字失败
  {
    perror("socket");//打印错误信息
    exit(-1);
  }
 /* 配置 */
  s_addr.sin_family = AF_INET;
  s_addr.sin_port = htons(8989);
  inet_aton("192.168.163.128",&s_addr.sin_addr);//转换格式

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


  //listen
  listen(s_fd,10);


  //accept
  int len = sizeof(struct sockaddr_in);
  int c_fd=accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&len);
  

  printf ("get %s\r\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr));//逆转换并打印
  printf("connet succes\n");

  //read
  char readbuf[128];
  read(c_fd, readbuf, 128);//读数据，没读到会一直阻塞
  printf("%s\r\n",readbuf);


  //write
  write(c_fd, "man", 128); 


  while(1);
  return 0;
}

我们使用虚拟机连接试试看：
使用telnet指令
在这里插入图片描述
试着互相发送：
在这里插入图片描述
①为客户发送给服务端
②为服务端不阻塞后写数据给客户
这样一个简单的服务端就写好了！

5、connect函数

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen);

可以用 connect 建立一个连接（客户端所用），在 connect 中所指定的地址是想与之通信的服务器的地址。sockfd 是 socket 函数返回的文件描述符。serv_addr 储存了服务器端的连接信息，其中 sin_add 是服务端的地址。addrlen 是 serv_addr 的长度connect 函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回 0，sockfd 是同服 务端通讯的文件描述符，失败时返回-1。

编写一个简单客户端编程

学习了connect函数，我们就可以写一个简单的客户端了，并且与前面的服务端进行通信：

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

int main(int argc, char** argv)
{
  int c_fd;
  struct sockaddr_in c_addr;

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

  c_addr.sin_family = AF_INET;
  c_addr.sin_port = htons(8989);
  inet_aton("192.168.163.128",&c_addr.sin_addr);

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


  //write
  write(c_fd, "from client",128);

  //read
  char readbuf[128];
  read(c_fd, readbuf, 128);
  printf("%s\r\n",readbuf); 


  while(1);
  return 0;
}

运行：
在这里插入图片描述

超级客户端&服务端（TCP）

后面学习了韦东山老师的Linux课程，发现韦老师教的非常不错，就学习了一下韦老师的写法！

1、服务端

1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3#include <string.h>
4#include <sys/types.h>
5#include <sys/socket.h>
6#include <netinet/in.h>
7#include <arpa/inet.h>
8#include <unistd.h>
9#include <signal.h>
10
11#define SERVER_PORT 8180
12#define C_QUEUE     10 
13
14/************************************************************
15*函数功能描述：从8180端口接收客户端数据
16*输入参数：无
17*输出参数：打印客户IP以及发来的信息
18*返回值：无
19*修改日期		版本号		修改人		修改内容
20*2020/05/13		v1.0.0		zonghzha	reat
21*************************************************************/
22
23int main(int argc, char **argv)
24{
25    char buf[512];
26    int len;
27    int duty_socket;
28    int customer_socket;
29    struct sockaddr_in socket_server_addr;
30    struct sockaddr_in socket_client_addr;
31    int ret;
32    int addr_len;
33
34    signal(SIGCHLD, SIG_IGN);
35	
36	/* 服务器端开始建立socket描述符 */
37    duty_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
38    if (duty_socket == -1)
39    {
40        printf("socket error");
41        return -1;
42    }
43    
44	/* 服务器端填充 sockaddr_in结构 */
45    socket_server_addr.sin_family   = AF_INET;
46	/*端口号转换为网络字节序*/
47    socket_server_addr.sin_port     = htons(SERVER_PORT);
48	/*接收本机所有网口的数据*/
49    socket_server_addr.sin_addr.s_addr  = INADDR_ANY;
50    memset(socket_server_addr.sin_zero, 0, 8);
51    
52	/* 捆绑sockfd描述符 */
53    ret = bind(duty_socket, (const struct sockaddr *)&socket_server_addr, sizeof(struct sockaddr));
54    if (ret == -1)
55    {
56        printf("bind error!\n");
57        return -1;
58    }
59    ret = listen(duty_socket, C_QUEUE);
60    if (ret == -1)
61    {
62        printf("listen error!\n");
63        return -1;
64    }
65    
66    while (1)
67    {
68        addr_len = sizeof(struct sockaddr);
69		/* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */
70        customer_socket = accept(duty_socket, (struct sockaddr *)&socket_client_addr, &addr_len);
71        if (customer_socket != -1)
72        {
73			/*inet_ntoa的作用是将一个32位Ipv4地址转换为相应的点分十进制数串*/
74            printf("Get connect from %s\n", inet_ntoa(socket_client_addr.sin_addr));
75        }
76        if (!fork())
77        {
78            while (1)
79            {
80                memset(buf, 512, 0);
81				/*接收数据*/
82                len = recv(customer_socket, buf, sizeof(buf), 0);
83                buf[len] = '\0';
84                if (len <= 0)
85                {
86                    close(customer_socket);
87                    return -1;
88                }
89                else
90                {
91                    printf("Get connect from %s, Msg is %s\n", inet_ntoa(socket_client_addr.sin_addr), buf);
92                }
93            }
94        }
95    }
96    
97    close(duty_socket);
98    return 0;
99}

2、客户端

1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3#include <string.h>
4#include <sys/types.h>
5#include <sys/socket.h>
6#include <netinet/in.h>
7#include <arpa/inet.h>
8#include <unistd.h>
9
10#define SERVER_PORT 8180
11/************************************************************
12*函数功能描述：向指定IP的8180端口发送数据
13*输入参数：点分十进制服务器IP
14*输出参数：无
15*返回值：无
16*修改日期		版本号		修改人		修改内容
17*2020/05/13		v1.0.0		zonghzha	creat
18*************************************************************/
19
20int main(int argc, char **argv)
21{
22    unsigned char buf[512];
23    int len;
24    struct sockaddr_in socket_server_addr;
25    int ret;
26    int addr_len;
27    int client_socket;
28
29    
30    if (argc != 2)
31    {
32        printf("Usage:\n");
33        printf("%s <server_ip>\n", argv[0]);
34        return -1;
35    }
36    
37    /* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */
38    client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
39    if (client_socket == -1)
40    {
41        printf("socket error");
42        return -1;
43    }
44    
45	/* 客户程序填充服务端的资料 */
46    socket_server_addr.sin_family   = AF_INET;
47	/*主机字节序转换为网络字节序*/
48    socket_server_addr.sin_port     = htons(SERVER_PORT);
49    if (inet_aton(argv[1], &socket_server_addr.sin_addr) == 0)
50    {
51        printf("invalid server ip\n");
52        return -1;
53    }
54    memset(socket_server_addr.sin_zero, 0, 8);
55    /* 客户程序发起连接请求 */
56    ret = connect(client_socket, (const struct sockaddr *)&socket_server_addr, sizeof(struct sockaddr));
57    if (ret == -1)
58    {
59        printf("connect error!\n");
60        return -1;
61    }
62
63    
64    while (1)
65    {
66        if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin))
67        {
68            len = send(client_socket, buf, strlen(buf), 0);
69            if (len <= 0)
70            {
71                close(client_socket);
72                return -1;
73            }
74        }
75    }
76    
77    close(client_socket);
78    return 0;
79}

超级客户端&服务端（UDP）

1、服务端

1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3#include <string.h>
4//#include <sys/type.h>
5#include <sys/socket.h>
6#include <netinet/in.h>
7#include <arpa/inet.h>
8#include <unistd.h>
9#include <signal.h>
10
11/*服务器端口为8180*/
12#define SERVER_PORT 8180
13
14/************************************************************
15*函数功能描述：从8180端口接收客户端数据
16*输入参数：无
17*输出参数：打印客户IP以及发来的信息
18*返回值：无
19*修改日期			版本号			修改人			修改内容
20*2020/05/13			v1.0.0			zonghzha		creat
21*************************************************************/
22
23
24int main(int argc, char **argv)
25{
26    unsigned char buf[512];
27    int len;
28    int duty_socket;
29    int customer_socket;
30    struct sockaddr_in socket_server_addr;
31    struct sockaddr_in socket_client_addr;
32    int ret;
33    int addr_len;
34
35	/*创建数据报套接字*/
36    duty_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
37    if (duty_socket == -1)
38    {
39        printf("socket error");
40        return -1;
41    }
42    
43	/* 服务器端填充 sockaddr_in结构 */
44    socket_server_addr.sin_family   = AF_INET;
45    socket_server_addr.sin_port     = htons(SERVER_PORT);
46    socket_server_addr.sin_addr.s_addr  = INADDR_ANY;
47    memset(socket_server_addr.sin_zero, 0, 8);
48    
49	/*绑定套接字*/
50    ret = bind(duty_socket, (const struct sockaddr *)&socket_server_addr, sizeof(struct sockaddr));
51    if (ret == -1)
52    {
53        printf("bind error!\n");
54        return -1;
55    }
56
57    
58    while (1)
59    {
60        addr_len = sizeof(struct sockaddr);
61		  /* 接收客户端数据报，返回的为接收到的字节数 */ 
62        len = recvfrom(duty_socket, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&socket_client_addr, &addr_len);
63        if (len > 0)
64        {
65            buf[len] = '\0';
66            printf("Get Msg from %s : %s\n", inet_ntoa(socket_client_addr.sin_addr), buf);
67        }
68   
69    }
70    
71    close(duty_socket);
72    return 0;
73}
74

2、客户端实现1（使用connect）

1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3#include <string.h>
4#include <sys/socket.h>
5#include <netinet/in.h>
6#include <arpa/inet.h>
7#include <unistd.h>
8
9/*服务器端口为8180*/
10#define SERVER_PORT 8180
11
12/************************************************************
13*函数功能描述：向指定IP的8180端口发送数据
14*输入参数：点分十进制服务器IP
15*输出参数：无
16*返回值：无
17*修改日期			版本号			修改人			修改内容
18*2020/05/13			v1.0.0			zonghzha		creat
19*************************************************************/
20
21int main(int argc, char **argv)
22{
23    unsigned char buf[512];
24    int len;
25    struct sockaddr_in socket_server_addr;
26    int ret;
27    int addr_len;
28    int client_socket;
29
30    
31    if (argc != 2)
32    {
33        printf("Usage:\n");
34        printf("%s <server_ip>\n", argv[0]);
35        return -1;
36    }
37    
38    /*创建数据报套接字*/
39    client_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
40    if (client_socket == -1)
41    {
42        printf("socket error");
43        return -1;
44    }
45    
46    socket_server_addr.sin_family   = AF_INET;
47    socket_server_addr.sin_port     = htons(SERVER_PORT);
48    if (inet_aton(argv[1], &socket_server_addr.sin_addr) == 0)
49    {
50        printf("invalid server ip\n");
51        return -1;
52    }
53    memset(socket_server_addr.sin_zero, 0, 8);
54    
55    ret = connect(client_socket, (const struct sockaddr *)&socket_server_addr, sizeof(struct sockaddr));
      /*  使用了connect函数，发送数据就使用send函数 */
56    if (ret == -1)
57    {
58        printf("connect error!\n");
59        return -1;
60    }
61
62    
63    while (1)
64    {
65        if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin))
66        {
67            len = send(client_socket, buf, strlen(buf), 0);
68            if (len <= 0)
69            {
70                close(client_socket);
71                return -1;
72            }
73        }
74    }
75    
76    close(client_socket);
77    return 0;
78}
79

3、客户端实现2（不使用connect）

1#include <stdio.h>
2#include <stdlib.h>
3#include <string.h>
4#include <sys/socket.h>
5#include <netinet/in.h>
6#include <arpa/inet.h>
7#include <unistd.h>
8
9#define SERVER_PORT 8180
10
11/************************************************************
12*函数功能描述：向指定IP的8180端口发送数据
13*输入参数：点分十进制服务器IP
14*输出参数：无
15*返回值：无
16*修改日期			版本号			修改人			修改内容
17*2020/05/13			v1.0.0			zonghzha		creat
18*************************************************************/
19
20int main(int argc, char **argv)
21{
22    unsigned char buf[512];
23    int len;
24    struct sockaddr_in socket_server_addr;
25    int ret;
26    int addr_len;
27    int client_socket;
28
29    
30    if (argc != 2)
31    {
32        printf("Usage:\n");
33        printf("%s <server_ip>\n", argv[0]);
34        return -1;
35    }
36    
37    /*创建套接字*/
38    client_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
39    if (client_socket == -1)
40    {
41        printf("socket error");
42        return -1;
43    }
44    
45	/* 填充服务端的资料 */
46    socket_server_addr.sin_family   = AF_INET;
47    socket_server_addr.sin_port     = htons(SERVER_PORT);
48    if (inet_aton(argv[1], &socket_server_addr.sin_addr) == 0)
49    {
50        printf("invalid server ip\n");
51        return -1;
52    }
53    memset(socket_server_addr.sin_zero, 0, 8);
54    
55
56
57    
58    while (1)
59    {
60        if (fgets(buf, sizeof(buf), stdin))
61        {
62 //           len = send(client_socket, buf, strlen(buf), 0);
63			/*向服务器端发送数据报*/
64            addr_len = sizeof(struct sockaddr);
65            len = sendto(client_socket, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr *)&socket_server_addr, addr_len);
              /*  不使用connect函数，就要使用sendto函数 */
66            if (len <= 0)
67            {
68                close(client_socket);
69                return -1;
70            }
71        }
72    }
73    
74    close(client_socket);
75    return 0;
76}
77

客户端1和2的区别

客户端1使用了connect函数，指定了要发送数据的目标，所以发送数据使用send就可以了，客户端2没有使用connect函数，所以没有指定目标，要使用sendto函数才可以发送数据！

#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);

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