linux網絡編程-TCP socket編程模型

1. 編程模型

 

三次握手 + 四次揮手

 

2.主要函數說明

字節序轉換函數：

#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);

IP轉換函數：

#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);//把字符串的ip轉換成32位二進制的整型
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);//把32位二進制的整型轉成字符串的ip

sockaddr結構體：

struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; /* address family, AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */
};

//ipv4
struct sockaddr_in {
    __kernel_sa_family_t sin_family; /* Address family */
    __be16 sin_port; /* Port number */
    struct in_addr sin_addr; /* Internet address */
    /* Pad to size of `struct sockaddr'. */
    unsigned char __pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) -
    sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];//填充字節
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
    __be32 s_addr;
};

//ipv6
struct sockaddr_in6 {
    unsigned short int sin6_family; /* AF_INET6 */
    __be16 sin6_port; /* Transport layer port # */
    __be32 sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
    struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
    __u32 sin6_scope_id; /* scope id (new in RFC2553) */
};

struct in6_addr {
    union {
    __u8 u6_addr8[16];
    __be16 u6_addr16[8];
    __be32 u6_addr32[4];
    } in6_u;

    #define s6_addr in6_u.u6_addr8
    #define s6_addr16 in6_u.u6_addr16
    #define s6_addr32 in6_u.u6_addr32
};

#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
    __kernel_sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
    char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname 類似於有名管道*/
};

socket()：

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

domain:
　　AF_INET 這是大多數用來產生socket的協議，使用TCP或UDP來傳輸，用IPv4的地址
　　AF_INET6 與上面類似，不過是來用IPv6的地址
　　AF_UNIX 本地協議，使用在Unix和Linux系統上，一般都是當客戶端和服務器在同一臺及其上的時候使用

type:
　　SOCK_STREAM 這個協議是按照順序的、可靠的、數據完整的基於字節流的連接。這是一個使用最多的socket類型，這個socket是使用TCP來進行傳輸。
　　SOCK_DGRAM 這個協議是無連接的、固定長度的傳輸調用。該協議是不可靠的，使用UDP來進行它的連接。
　　SOCK_SEQPACKET 這個協議是雙線路的、可靠的連接，發送固定長度的數據包進行傳輸。必須把這個包完整的接受才能進行讀取
　　SOCK_RAW 這個socket類型提供單一的網絡訪問，這個socket類型使用ICMP公共協議。（ping、traceroute使用該協議）
　　SOCK_RDM 這個類型是很少使用的，在大部分的操作系統上沒有實現，它是提供給數據鏈路層使用，不保證數包的順序
protocol:
　　0 默認協議
返回值：
　　成功返回一個新的文件描述符，失敗返回-1，設置errno

bind()：

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

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
//綁定後，若有用戶訪問addr地址時，會通過sockfd進行數據傳遞


sockfd：
    socket文件描述符
addr:
    構造出IP地址加端口號
addrlen:
    sizeof(addr)長度
返回值：
    成功返回0，失敗返回-1, 設置errno

listen()：

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);//讓sockfd所指向的socktet具有監聽的能力

sockfd:
    socket文件描述符
backlog:
    排隊建立3次握手隊列和剛剛建立3次握手隊列的鏈接數和（默認爲128  ）

accept()：

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockdf:

socket文件描述符
addr:
    傳出參數，返回鏈接客戶端地址信息，含IP地址和端口號
addrlen:
    傳入傳出參數（值-結果）,傳入sizeof(addr)大小，函數返回時返回真正接收到地址結構體的大小（IPv4或IPv6）
返回值：
    成功返回一個新的socket文件描述符，用於和客戶端通信，失敗返回-1，設置errno

connect()：

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockdf:
    socket文件描述符
addr:
    傳入參數，指定服務器端地址信息，含IP地址和端口號
addrlen:
    傳入參數,傳入sizeof(addr)大小
返回值：
    成功返回0，失敗返回-1，設置errno

3. 示例代碼

server.c

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

#define SERVER_PORT 8000
#define MAXLINE 4096
int main(void)
{
    struct sockaddr_in serveraddr, clientaddr;
    int sockfd, addrlen, confd, len, i;
    char ipstr[128];
    char buf[MAXLINE];

    //1.socket
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    //2.bind
    bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
    /* 地址族協議IPv4 */
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    /* IP地址 */
    serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));
    //3.listen
    listen(sockfd, 128);
    while (1) {
        //4.accept阻塞監聽客戶端鏈接請求
        addrlen = sizeof(clientaddr);
        confd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &addrlen);//返回的是客戶端和服務端專用通道的socket描述符
        //輸出客戶端IP地址和端口號
        inet_ntop(AF_INET, &clientaddr.sin_addr.s_addr, ipstr, sizeof(ipstr));
        printf("client ip %s\tport %d\n", 
                inet_ntop(AF_INET, &clientaddr.sin_addr.s_addr, ipstr, sizeof(ipstr)),
                ntohs(clientaddr.sin_port));

        //和客戶端交互數據操作confd
        //5.處理客戶端請求 
        len = read(confd, buf, sizeof(buf));
        i = 0;
        while (i < len) {
            buf[i] = toupper(buf[i]);
            i++;
        }
        write(confd, buf, len);

        close(confd);
    }
    close(sockfd);

    return 0;
}

client.c

#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/stat.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define SERVER_PORT 8000
#define MAXLINE 4096
int main(int argc, char *argv[])
{
    struct sockaddr_in serveraddr;
    int confd, len;
    char ipstr[] = "192.168.6.254";
    char buf[MAXLINE];
    if (argc < 2) {
        printf("./client str\n");
        exit(1);
    }
    //1.創建一個socket
    confd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    //2.初始化服務器地址
    bzero(&serveraddr, sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    //"192.168.6.254"
    inet_pton(AF_INET, ipstr, &serveraddr.sin_addr.s_addr);
    serveraddr.sin_port  = htons(SERVER_PORT);
    //3.鏈接服務器
    connect(confd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(serveraddr));

    //4.請求服務器處理數據
    write(confd, argv[1], strlen(argv[1]));
    len = read(confd, buf, sizeof(buf));
    write(STDOUT_FILENO, buf, len);

    //5.關閉socket
    close(confd);
    return 0;
}

makefile

all:server client


server:server.c
    gcc $< -o $@

client:client.c
    gcc $< -o $@


.PHONY:clean
clean:
    rm -f server
    rm -f client