Linux基础(05)socket编程

Linux的核心思想之一 "一切皆文件"

内容 , socket在Linux内核的实现的代码及TCP和UDP的实现

　　　　　　　　　　　　　　网络编程常用头文件:　　https://blog.csdn.net/jx232515/article/details/51912700

1.　　例如本地文件对一个字符串的"aaaaaaa"的读写是 open()返回的句柄 fd 作为载体, 调用 write 和 read 进行读写

　　而网络文件的和本地文件差不多但多了一些特性  用socket()返回的句柄 socket 传输读写数据前 要再创建一个sockaddr_in 对象 设置好协议族family 地址ip 端口prot 后 把设置好的sockaddr_in 对象利用 bind() 和 socket 绑定 ; 再用 listen()监听socket 有哪些连接和设置最大监听数量

　　　　完成上述一系列后可以调用 write 和 read 进行读写 , 也有一些特殊的: accept()  connect()  (setsocketopt()设置sendbuff和recvbuff的size)

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2.内核的socket就是这样一个简单的结构 , 里面每种结构都是函数指针或变量的集合 ,

　　　　　　方便实现每种协议的接口函数名和最终目的相同,但是实现过程却不同的面向对象思想

在Linux内核里 ops是一些函数的集合如accept() connect()等 , file里是一些write() read() 等 , sk是 bind() listen() 等;

　　　　　　每种协议栈的接口函数名是相同的但是内部实现是不同的

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3.在创建cocket对象时要告诉内核你要使用哪种协议 , socket()第一个参数添加ipv4/ipv6协议 第三个参数添加TCP/UDP协议也可以为0(默认具体依赖第二个参数) , 第二个参数,如果是流套接字的SOCK_ STREAM默认是TCP协议的 , 如果是数据包套接字SOCK_DGRAM默认是UDP ,还有个原始套接字SOCK_RAW是使用其他协议,具体要给第三个参数

套接字分为三类;

流式socket（SOCK_STREAM）:提供可靠，面向连接的通信流；它使用TCP协议，从而保证了数据传输的正确性和顺序性。

数据报socket(SOCK_DGRAM):数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，无序的，并且不保证可靠，无差错的。它使用的数据报协议是UDP。

原始socket:原始套接字允许对底层协议如TP或ICMP进行直接访问，它功能强大但使用复杂，主要用于一些协议的开发。

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4.TCP/IP协议

　　4.1分层概念 : mac  ip  tcp

　　　　物理层 MAC(源MAC 目标MAC 长度和类型L/T )------>ARP　解决链路和物理连接问题

　　　　网络层 IP　　解决远程通信问题

　　　　传输层 TCP/UDP ---->端口(对应了本机的某个进程) 决定了数据传给哪个进程

　　　　应用层 HTTP HTTPS FTP TELNET SSH

　　4.2 ip格式 点分十进制　二进制

　　　　　　网络字节序(大端)0x12 0x34 0x56 x078　本地字节序(小端) 0x78 0x56 0x34 0x12

　　　　　　case 1 : 点分十进制 转换 网络字节序的二进制　　有个专用函数  in_addr_t　inet_addr(const char* cp);

　　　　　　case2 : 网络字节序的二进制 转换 点分十进制　　　　　　　　　　char* inet_ntoa(struct　in_addr_t in);

　　4.3子网掩码　用于确定网段的范围　　24位能用0~255个ip地址　　28位能用14个IP地址和一个255广播地址

　　　　　　24 == 32位二进制中有 24位是1 剩下的8位是0 (一个字节2位)

　　　　　　255.255.255.0  == 11111111.11111111.11111111.00000000

　　4.4 拆包和封包过程

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5.TCP编程原理和流程

socket()的返回值: 成功 >0 (返回文件描述符的序号) , 失败 -1 ( 创建失败 INVALID_SOCKET也是-1 )

bind()的返回值:　成功 0 , 失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)

listen() 　　　:　成功0 , 失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)

accept()　 　 :　成功>0(返回文件描述符的序号一般从3开始) , 失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)

connect()　　:　成功 0  , 失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)

recv/recvfrom() : 成功 >0 (返回字符串的len)  , =0 (断开连接) ,失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)

send/sendto()　:成功 >0 (返回字符串的len)  , =0 (断开连接) ,失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)

recv和recvfrom的区别在于recvfrom可以获取或设置对端的信息(明确发送或接收的目标), send和sendto同理

sendto可以在参数中指定发送的目标地址 , 适用于发送未建立连接的UDP数据包 , send需要socket已建立连接,sendto可用于无连接的socket

对于有连接的socket,两者一样,sendto最后两个参数没用

int sendto(int s, const void * msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr * to, int tolen);

int send( SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags );

阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回;  connect 和  accept 都是阻塞函数

　　5.1 TCP服务端

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

/*
面向对象三步:创建对象 设置对象 分配对象
*/
int main( int argc, char* argv[] )
{
    //1. creat socket
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
    if(sock < )
    {
        printf("create socket fail");
        return ;
    }
    //2.set socket
    //设置本地协议族和地址端口    设置时用sockaddr_in                  绑定    或使用时强转sockaddr*
    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;        //协议族
    //htons: host to network 把本地端口转换成网络的 ntohs 相反
    local.sin_port = htons();    //端口
    //inet_addr点分十进制转换网络二进制
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");    //源地址 inet_addr()点分十进制(255.255.255.0))转换成网络字节序的二进制(1111.1111.1111.0)

    //3.分配对象
    if(bind(sock,(struct sockaddr *)&local,sizeof(local)) < )    //将源信息local绑定到套接字socket上
    {
        perror("bind error\n");
        close(sock);
        return ;
    }
    printf("bind success\n");
    //4.连接
    if(listen(sock,) < )        //接受连接和设置最大连接数
    {
        perror("listen error\n");
        close(sock);
        return ;
    }
    printf("Listen success\n");

    struct sockaddr_in peer;    //保存对端信息
    socklen_t len = sizeof(peer);
    //5.监听
    int fd = accept(sock,(struct sockaddr *)&peer ,&len);    //阻塞函数直到有客户端连接也可以选择不保存第二第三可以为NULL
    if(fd < )
    {
        perror("accept error\n");
        close(sock);
        return ;
    }
    printf("accept success\n");

    char recvbuff[];
    //6.开始通信
    while()
    {
         memset(recvbuff,,sizeof(recvbuff));
        //recv(fd, recvbuff, sizeof(recvbuff),0);
         read(fd, recvbuff, sizeof(recvbuff));    //读取accept返回的对端数据
         if(strcmp(recvbuff,"exit\n")==)
             break;
         fputs(recvbuff, stdout);
        ///send(fd, recvbuff, sizeof(recvbuff),0);
         write(fd, recvbuff, sizeof(recvbuff));    //往对端写入数据
     }

    close(fd);
    close(sock);
    return ;
}

　　5.2客户端

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

int main( int argc, char* argv[] )
{
    //1. creat socket
    int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
    if(sock < )
    {
        perror("socket error\n");
        return ;
    }
    printf("socket success!\n");
    //2.set socket
    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons();
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    if(connect(sock , (struct sockaddr* )&local , sizeof(local)) < )    //连接服务器
    {
        perror("connect error\n");
        close(sock);
        return ;
    }
    printf("connect success!\n");

    char recvbuff[];
    char sendbuff[];
    while(fgets(sendbuff,sizeof(sendbuff),stdin))
    {
        write(sock,sendbuff,strlen(sendbuff));
        if( == strcmp(sendbuff,"exit\n"))
            break;
        read(sock,recvbuff,sizeof(recvbuff));
        fputs(recvbuff,stdout);

        memset(sendbuff, ,sizeof(sendbuff));
        memset(recvbuff, ,sizeof(recvbuff));
    }
    close(sock);
    return ;
}

---

6.UDP协议

　　客户端不需要绑定是因为在使用sendto()

　　sendto() 和 recvfrom() 返回值 为整型，如果成功，则返回发送的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR。

　　recvfrom() 用serversock接收客户端的数据包和ip信息并另存为buff 和 最后两个参数

　　　　s:套接字,

　　　　buff:接收数据缓冲区 ,

　　　　bufflen:缓冲区长度 ,

　　　　flags:调用操作方式(一般是0) ,

　　　　from:指针(保存发送端的信息),

　　　　fromlen:保存的长度 (socklen_t类型的变量的首地址) &len

　　sendto()

　　　　s:套接字,

　　　　buff:发送数据缓冲区 ,

　　　　bufflen:缓冲区长度 ,

　　　　flags:调用操作方式(一般是0) ,

　　　　from:指针(指向发送端信息),

　　　　fromlen:发送的长度 (sizeof() 或传入 socklen_t类型的变量) len

　　数据类型socklen_t和int具有相同的长度.否则就会破坏 BSD套接字层的填充  转换使用

6.1　服务端

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

int  main( int argc, char* argv[] )
{    int serverSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,);

    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons();
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    printf("socket success\n");
    int bindr = bind(serverSock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));
    if( bindr < )
    {
        perror("bind error");
        close(serverSock);
        return ;
    }
    printf("bind success\n");

    struct sockaddr_in clientSock;
    socklen_t len = sizeof(clientSock);
    char buff[];
    while()
    {
        memset(buff,,sizeof(buff));
　　　　　　//recv()和accept()的结合体
        recvfrom(serverSock,buff,sizeof(buff),,(struct sockaddr*)&clientSock,&len);
        fputs(buff,stdout);
　　　　　　//send()和connect()的结合体
        sendto(serverSock,buff,sizeof(buff),,(struct sockaddr*)&clientSock,len);
    }
　 　close(serverSock);
　　 return ;
}

6.2客户端

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

int  main( int argc, char* argv[] )
{    //1.create socket
    int clientsock = socket(AF_INET , SOCK_DGRAM , );
    //2.set socket
    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons();
    local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    if(clientsock < )
    {
        perror("socket perror");
　　　　　close(clientsock);
        return -;
    }
    printf("socket Success\n");
    socklen_t len;
    char buf[] ;
    while()
    {
        printf("aaa:");
        fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
    　　　　//往8888端口发送buf
        if(sendto(clientsock,buf,sizeof(buf),,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < )
        {
            perror("sendto error");
　　　　　　　close(clientsock);
            return ;
        }
        socklen_t len = sizeof(local);
        recvfrom(clientsock,buf,sizeof(buf),,(struct sockaddr*)&local,&len);
        fputs(buf,stdout);
        memset(buf,,sizeof(buf));
    }
    close(clientsock);
    return ;
}

---

7.进阶

• udp广播数据包(广播只能是udp实现)

　　　　路由器不转发广播数据包, 交换机会转发广播数据包 . 广播只能在一个广播域(局域网)中传播 , 而不能跨网段传播

• 组播数据包　　用法 https://www.cnblogs.com/lifan3a/articles/6780765.html

　　　　能够在组播组里进行传播 , 且路由器可以进行组播数据包转发, 能跨局域网传播(必须是同一个组播组)

　　　　广播组播的区别: 都是用setsockopt开启,但是组播有ip 广播没有

• 如何识别广播包

　　　　MAC: 广播包的目标mac 是全ff  FF:FF:FF:FF:FF:FF

　　　　IP:　　当前网段的最后一个地址 x.x.x.255

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8.socket选项设置与读取函数

　　int setsockopt()　　是否开启广播等功能

　　　　　　　　　　　详解 https://blog.csdn.net/a493203176/article/details/70053137

　　　　　　SOCKET sock,　指向一个打开的套接口描述字

　　　　　　int level,　 指定选项的类型。
　　　　　　　　　　　SOL_SOCKET: 基本套接口
　　　　　　　　　　　IPPROTO_IP: IPv4套接口
　　　　　　　　　　　IPPROTO_IPV6: IPv6套接口
　　　　　　　　　　　IPPROTO_TCP: TCP套接口

　　　　　　int optname,　选项的名称

　　　　　　char* optval,　是一个指向变量的指针 类型：整形，套接口结构， 其他结构类型:linger{}, timeval{ }　默认为0(false)不开启广播 , 1(ture)为开启

　　　　　　int optlen　optval 的大小　　　　　　

　　int getsockopt()　　用法 https://www.cnblogs.com/wangshuo/archive/2011/04/20/2022279.html

　　　　　　sockfd：一个标识套接口的描述字。

　　　　　　level：选项定义的层次。支持的层次有SOL_SOCKET、IPPROTO_TCP。

　　　　　　optname：需获取的套接口选项。

　　　　　　optval：指针，指向存放所获得选项值的缓冲区。

　　　　　　optlen：指针，指向optval缓冲区的长度值。

 

 

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总结: TCP:server: socket()-----绑定bind()----监听listen()----接受连接并保存对端accept()-----读取数据recv()-----发送数据send()

　　　　　client:  socket()------------------------------------发起连接connect()------------------发送数据send()----接收数据recv()

　　  UDP:server: socket()----绑定bind()-----accept和recv的结合体recvfrom()-----connect和send的结合体sendto()

　　　　　 client: socket()---------------------connect和send的结合体sendto()-----accept和recv的结合体recvfrom()

TCP&UDP的区别: https://blog.csdn.net/sifanchao/article/details/82285018

　　　　   应用场景: https://www.jianshu.com/p/356479b5fd73　https://blog.csdn.net/hhthwx/article/details/80144582

setsockopt()设置socket_fd的选项开启或关闭一些功能或更改缓冲区, 比如开启UDP的广播功能等