linux下簡單socket網絡編程

在進行socket網絡編程時, 我們需要了解一些必備的知識，例如什麼是socket，ipv4的地址結構，套接字類型等等，不然上來直接看代碼就會暈，當初學習網絡編程時，看書上的例子，總有感覺書上講的都很簡要。再或者講的原理太多把人繞暈。我這裏只想讓大家簡單知道怎麼使用socket進行網絡編程並且給出的例子可以直接使用參考。

1. 什麼是socket

(1) socket 可以看成是用戶進程與網絡協議棧的編程接口。就是說應用層可以看成是用戶進程，傳輸層網絡層數據鏈路層看成網絡協議棧，因爲這三個層的傳輸協議TCP，ip等都是已經實現好了的，那麼socket就是連接這兩個進行數據傳遞。

(2) socket不僅可以用於本機的進程間通信，還可以用於網絡上不同主機的進程通信。

2. IPv4套接口地址結構

(1) IPv4套接口地址結構通常也稱爲“網際套接字地址結構”，他以socket_in命名，定義在頭文件<netinet/in.h>中

struct sockaddr_in{

    uint8_t               sin_len;

    sa_family_t        sin_family;

    in_port_t            sin_port;

    struct in_addr    sin_addr;

    char                    sin_zero[8];

};

    sin_len:      整個sockaddr_in結構體的長度，在4.3BSD-Reno版本之前的第一個成員是sin_family.

    sin_family: 指定該地址家族，在這裏必須設爲AF_INET(這裏說明使用的協議是IPv4)

    sin_port:    端口

    sin_addr:   IPv4的地址

    sin_zero:   一般將其設置爲0

3. 通用的地址結構

因爲套接字不僅僅用於tcp/ip協議編程，所以必須有一個通用的地址結構

(1) 通用的地址結構用來指定與套接字關聯的地址

struct sockaddr{

    uint8_t         sin_len;

    sa_family_t  sin_family;

    char             sa_data[14];

};

  sin_len:      整個sockaddr結構體的長度

  sin_family: 指定該地址家族

  sa_data:     由sin_family 決定它的形式

4. 網絡字節序

(1) 字節序

    1) 大端字節序

         最高有效位存儲在最低內存地址處，最低有效位存儲於最高內存地址處。

    2)小端字節序

         最高有效位存儲在最高內存地址處，最低有效位存儲於最低內存地址處。

(2) 主機字節序

    不同的主機有不同的字節序，如x86爲小端字節序，motorola 6800爲大端字節序，ARM字節序是可配置的。

(3) 網絡字節序

   網絡字節序規定爲大端字節序

5. 字節序轉換函數

uint32_t  htonl(uint32_t  hostlong);

uint16_t  htons(uint16_t  hostshort);

uint32_t  ntohl(uint32_t  netlong);

uint16_t  ntohs(uint16_t  netshort);

說明: 在上述的函數中 ，h代表host，n代表network，s代表short，l代表long。

6. 地址轉換函數

#include<netinet/in.h>

#include<arpa/inet.h>

int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);

int_addr_t  inet_addr(const char *cp);

char *inet_ntoa(struct in_addr  in);

7. 套接字類型

(1) 流式套接字(SOCK_STREAM)

     提供面向連接的、可靠的數據傳輸服務，數據無差錯，無重複的發送，且按發送順序接收。

(2) 數據報式套接字(SOCK_DGRAM)

     提供無連接服務。不提供無錯保證，數據可能丟失或重複，並且接受順序混亂。

(3)原始套接字(SOCK_RAW)

8. 簡單的點對點回射聊天程序

server端：

 #include<sys/socket.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<unistd.h>
 #include<stdlib.h>
 #include<netinet/in.h>
 #include<arpa/inet.h>
 #include<stdio.h>
 #include<errno.h>
 #include<string.h>
 
 #define ERR_EXIT(m)\
     do \
     { \
        perror(m);  \
        exit(EXIT_FAILURE); \
     } while(0)
 
 int main()
 {
     int listenfd;
     listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
     if(listenfd < 0)
         ERR_EXIT("socket");
     struct sockaddr_in seraddr;
     memset(&seraddr, 0, sizeof(seraddr));
     seraddr.sin_family = AF_INET;
     seraddr.sin_port = htons(5788);
     seraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 
     int bindval = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(seraddr);
     if(bindval < 0)
         ERR_EXIT("bind");
 
     if((listen(listenfd, SOMAXCONN)) < 0)
         ERR_EXIT("listen");
 
     struct sockaddr_in peeraddr;
     socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr);
     int conn = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen);
     if(conn < 0)
         ERR_EXIT("accept");
 
     char recvbuf[1024];
     while(1)
     {
         memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
         int recvlen = read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));
         fputs(recvbuf, stdout);
         write(conn, recvbuf, recvlen);
     }
 
     close(listenfd);
     return 0;
 }

client端：

 #include<sys/socket.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<unistd.h>
 #include<stdlib.h>
 #include<netinet/in.h>
 #include<arpa/inet.h>
 #include<stdio.h>
 #include<errno.h>
 #include<string.h>
 
 #define ERR_EXIT(m)\
     do \
     { \
        perror(m);  \
        exit(EXIT_FAILURE); \
     } while(0)
 
 int main()
 {
     int sockfd;
     sockfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
     if(sockfd < 0)
         ERR_EXIT("socket");
     struct sockaddr_in seraddr;
     memset(&seraddr, 0, sizeof(seraddr));
     seraddr.sin_family = AF_INET;
     seraddr.sin_port = htons(5788);
     seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    int conn = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(seraddr));
     if(conn < 0)
         ERR_EXIT("connect");
 
     char recvbuf[1024];
     char sendbuf[1024];
     while(fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
     {
         write(sockfd, sendbuf, sizeof(sendbuf));
         read(sockfd, recvbuf, sizeof(recvbuf));
         fputs(recvbuf, stdout);
         memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
         memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
     }
 
     close(sockfd);
     return 0;
 }

這裏有個問題，是當server關閉之後，在登錄時，登不上，會提示bind: Address already in use，地址綁定不上。

因爲這時候端口被佔用沒有被釋放，我們可以用命令：netstat -an | grep TIME_WAIT查看

解決辦法:

在bind之前儘可能調用setsockopt來設置REUSEADDR套接字選項。

使用REUSEADDR選項可以使得不必等待TIME_WAIT狀態消失就可以重啓服務器。

int on = 1;  //等於1代表開啓
if(setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
    ERR_EXIT("setsockopt");

9. 多個客戶端（多進程）

客戶端程序不變

服務器端：

 #include<sys/socket.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<unistd.h>
 #include<stdlib.h>
 #include<netinet/in.h>
 #include<arpa/inet.h>
 #include<stdio.h>
 #include<errno.h>
 #include<string.h>
 
 #define ERR_EXIT(m)\
     do \
     { \
        perror(m);  \
        exit(EXIT_FAILURE); \
     } while(0)
 
void do_service(int conn)
 {
  char recvbuf[1024];
  while(1)
  {
       memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
       int recvlen = read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));
       if(recvlen == 0)
       {
           printf("clent close\n");
           break;
       }
       if(recvlen == -1)
       {
           printf("read data error\n");
           break;
       }
       fputs(recvbuf, stdout);
       write(conn, recvbuf, recvlen);
   }
}
 int main()
 {
     int listenfd;
     listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
     if(listenfd < 0)
         ERR_EXIT("socket");
     struct sockaddr_in seraddr;
     memset(&seraddr, 0, sizeof(seraddr));
     seraddr.sin_family = AF_INET;
     seraddr.sin_port = htons(5788);
     seraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  
     int on = 1;
     if(setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0)
         ERR_EXIT("setsockopt");
  
     int bindval = bind(listenfd, (struct sockaddr*)&seraddr, sizeof(seraddr)
     if(bindval < 0)
         ERR_EXIT("bind");
   if((listen(listenfd, SOMAXCONN)) < 0)
		ERR_EXIT("listen");
 struct sockaddr_in peeraddr;
 socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr);
 pid_t pid;
 while(1)
 {
    int conn = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen);
    if(conn < 0)
       ERR_EXIT("accept");
    printf("address:%s, port:%d\n",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(pe
	pid = fork();
	if (pid == -1)
		ERR_EXIT("fork");
	if (pid == 0)
		{
			close (listenfd);
			do_service (conn);
			exit (EXIT_SUCCESS);   //client close,so close subprocess
											//if not closed, it is will continue
											//recv connect.
        }
    else
       {
            close(conn);
        }
   }
 
     close(listenfd);
     return 0;
 }

在這裏使用fork來開啓一個進程， 當有一個連接過來，fork一個進程去處理客戶端的連接。