Linux网络编程简单示例

linux 网络编程是通过socket(套接字)接口实现，Socket是一种文件描述符，socket起源于UNIX，在Unix一切皆文件哲学的思想下，socket是一种"打开—读/写—关闭"模式的实现，服务器和客户端各自维护一个"文件"，在建立连接打开后，可以向自己文件写入内容供对方读取或者读取对方内容，通讯结束时关闭文件。

 

socket 类型

常见的socket有3种类型如下。 
    （1）流式socket（SOCK_STREAM ） 
    流式套接字提供可靠的、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。 
    （2）数据报socket（SOCK_DGRAM ） 
    数据报套接字定义了一种无连接的服 ，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证是可靠、无差错的。它使用数据报协议UDP。 
    （3）原始socket（SOCK_RAW）
    原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP进行直接访问，功能强大但使用较为不便，主要用于一些协议的开发。

进行Socket编程，常用的函数有：

1.socket：创建一个socket

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

//family指定协议族；type参数指定socket的类型：SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW；protocol通常赋值"0", socket()调用返回一个整型socket描述符

2.bind：用于绑定IP地址和端口号到socket

int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen);

//sockfd是一个socket描述符，my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的针; addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr),bind()函数在成功被调用时返回0；遇到错误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号

3.connect：该函数用于绑定之后的client端，与服务器建立连接

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

//sockfd是目的服务器的sockect描述符；serv_addr是服务器端的IP地址和端口号的地址,addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。遇到错误时返回-1，并且errno中包含相应的错误码

4.listen：设置能处理的最大连接数，listen()并未开始接受连线，只是设置sockect为listen模式

int listen(int sockfd， int backlog);

// sockfd是socket系统调用返回的服务器端socket描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数

5.accept：用来接受socket连接

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

//sockfd是被监听的服务器socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求的客户端地址；addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。错误发生时返回一个-1并且设置相应的errno值

6.send：发送数据

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);

//sockfd是你想用来传输数据的socket描述符，msg是一个指向要发送数据的指针。 len是以字节为单位的数据的长度。flags一般情况下置为0

7.recv：接受数据

int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);

//sockfd是接受数据的socket描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。flags也被置为0。recv()返回实际上接收的字节数，或当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。

8.sendto:发送数据,用于面向非连接的socket（SOCK_DGRAM/SOCK_RAW）

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

//该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。

9.recvform: 接受数据,用于面向非连接的socket（SOCK_DGRAM/SOCK_RAW）

int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen);

//from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof(struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno

几个字节顺序转换函数：

htons()   --"Host to Network Short" ; htonl()--"Host to Network Long" 
    ntohs()   --"Network to Host Short" ; ntohl()--"Network to Host Long" 
    在这里， h表示"host" ，n表示"network"，s 表示"short"，l表示 "long"。

地址转换函数：

in_addr_t inet_addr(const char * strptr);
    将字符串IP地址转换为IPv4地址结构in_addr值

char * inet_ntoa(struct in_addr * addrptr);
    将IPv4地址结构in_addr值转换为字符串IP

域名和IP地址的转换： 
    struct hostent *gethostbyname(const char *name); 
    函数返回一种名为hostent的结构类型，它的定义如下： 
    struct hostent 
    { 
         char *h_name;        /* 主机的官方域名 */ 
         char **h_aliases;    /* 一个以NULL结尾的主机别名数组 */ 
         int    h_addrtype;   /* 返回的地址类型，在Internet环境下为AF-INET */ 
         int h_length;        /*地址的字节长度 */ 
         char **h_addr_list;  /* 一个以0结尾的数组，包含该主机的所有地址*/ 
　　}; 
    #define h_addr h_addr_list[0] /*在h-addr-list中的第一个地址*/

下面给出两个示例，一个是面向TCP数据流的socket通信，一个是面向UDP数据报的socket通信

1.面向TCP数据流的socket通信的演示程序由基于TCP的服务器和基于TCP的客户端程序组成。

TCP的服务器程序结构：

1.创建一个socket,用函数socket()

2.绑定IP地址、端口信息到socket上，用函数bind()

3.设置允许的最大连接数，用函数listen（）

4.接受客户端的连接，用函数accept()

5.收发数据，用send()、recv()或者read()、write()

6.关闭网络连接

 TCP的客户端程序结构：

1.创建一个socket,用函数socket()

2.设置要连接的服务器的IP地址和端口属性

3.连接服务器，用函数connet()

4.收发数据，用send()、recv()或者read()、write()

5.关闭网络连接

TCP服务器和TCP客户端的通信图如下：

下面贴出TCP服务器的代码tcp_server.c:

tcp_server.c

1. #include <stdlib.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <string.h>
5. #include <netdb.h>
6. #include <sys/types.h>
7. #include <netinet/in.h>
8. #include <sys/socket.h>
9. #include <arpa/inet.h> //inet_ntoa()函数的头文件
10. #define portnumber 3333 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用）
11. int main(int argc, char *argv[])
12. {
13. int sockfd,new_fd;
14. struct sockaddr_in server_addr; //描述服务器地址
15. struct sockaddr_in client_addr; //描述客户端地址
16. int sin_size;
17. char hello[]="Hello! Are You Fine?\n";
18. /* 服务器端开始建立sockfd描述符 */
19. if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:IPV4;SOCK_STREAM:TCP
20. {
21. fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
22. exit(1);
23. }
24. /* 服务器端填充 sockaddr结构 */
25. bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
26. server_addr.sin_family=AF_INET; // Internet
27. server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据，即绑定到所有的IP
28. //server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
29. server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
30. /* 捆绑sockfd描述符到IP地址 */
31. if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
32. {
33. fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
34. exit(1);
35. }
36. /* 设置允许连接的最大客户端数 */
37. if(listen(sockfd,5)==-1)
38. {
39. fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
40. exit(1);
41. }
42. while(1)
43. {
44. /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */
45. sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
46. if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))==-1)
47. {
48. fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));
49. exit(1);
50. }
51. fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); // 将网络地址转换成.字符串，并打印到输出终端
52. //向客户端程序写入hello数组里的字符
53. if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1)
54. {
55. fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno));
56. exit(1);
57. }
58. /* 这个通讯已经结束 */
59. close(new_fd);
60. /* 循环下一个 */
61. }
62. /* 结束通讯 */
63. close(sockfd);
64. exit(0);
65. }

TCP客户端的代码tcp_client.c

tcp_client.c

1. #include <stdlib.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <string.h>
5. #include <netdb.h>
6. #include <sys/types.h>
7. #include <netinet/in.h>
8. #include <sys/socket.h>
9. #include <arpa/inet.h> //inet_ntoa()函数的头文件
10. #define portnumber 3333 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用）
11. int main(int argc, char *argv[])
12. {
13. int sockfd;
14. char buffer[1024];
15. struct sockaddr_in server_addr; //描述服务器的地址
16. struct hostent *host;
17. int nbytes;
18. /* 使用hostname查询host 名字 */
19. if(argc!=2)
20. {
21. fprintf(stderr,"Usage:%s hostname \a\n",argv[0]);
22. exit(1);
23. }
24. if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)
25. {
26. fprintf(stderr,"Gethostname error\n");
27. exit(1);
28. }
29. /* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */
30. if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:Internet;SOCK_STREAM:TCP
31. {
32. fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
33. exit(1);
34. }
35. /* 客户程序填充服务端的资料 */
36. bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置0
37. server_addr.sin_family=AF_INET; // IPV4
38. server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
39. server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr); // IP地址
40. /* 客户程序发起连接请求 */
41. if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
42. {
43. fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno));
44. exit(1);
45. }
46. /* 连接成功了 */
47. if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1)
48. {
49. fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno));
50. exit(1);
51. }
52. buffer[nbytes]='\0';
53. printf("I have received:%s\n",buffer);
54. /* 结束通讯 */
55. close(sockfd);
56. exit(0);
57. }

编译tcp_server.c和tcp_client.c

gcc tcp_server.c -o tcp_server

gcc tcp_client.c -o tcp_client

运行tcp服务器段程序和客户端程序，显示过程截图如下:

2.面向UDP数据报的socket通信的演示程序由基于UCP的服务器和基于UDP的客户端程序组成。

 UDP的服务器程序结构：

1.创建一个socket,用函数socket()

2.绑定IP地址、端口信息到socket上，用函数bind()

3.循环接受数据，用函数recvform()

4.关闭网络连接

UDP的客户端程序结构：

1.创建一个socket,用函数socket()

2.设置要连接的服务器的IP地址和端口属性

3.发送数据，用函数sento()

4.关闭网络连接

UDP服务器和UDP客户端的通信图如下：

下面贴出UDP服务器的代码udp_server.c:

udp_serer.c

1. #include <stdlib.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <string.h>
5. #include <unistd.h>
6. #include <netdb.h>
7. #include <sys/socket.h>
8. #include <netinet/in.h>
9. #include <sys/types.h>
10. #include <arpa/inet.h>
11. #define SERVER_PORT 8888 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用）
12. #define MAX_MSG_SIZE 1024
13. void udps_respon(int sockfd)
14. {
15. struct sockaddr_in addr;
16. int addrlen,n;
17. char msg[MAX_MSG_SIZE];
18. while(1)
19. {    /* 从网络上读,并写到网络上 */
20. bzero(msg,sizeof(msg)); // 初始化,清零
21. addrlen = sizeof(struct sockaddr);
22. n=recvfrom(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,0,(struct sockaddr*)&addr,&addrlen); // 从客户端接收消息
23. msg[n]=0;
24. /* 显示服务端已经收到了信息 */
25. fprintf(stdout,"Server have received %s",msg); // 显示消息
26. }
27. }
28. int main(void)
29. {
30. int sockfd; //socket描述符
31. struct sockaddr_in addr; //定义服务器起地址
32. /* 服务器端开始建立socket描述符 */
33. sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
34. if(sockfd<0)
35. {
36. fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno));
37. exit(1);
38. }
39. /* 服务器端填充 sockaddr结构 */
40. bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
41. addr.sin_family=AF_INET; // Internet
42. addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据，即绑定到所有的IP
43. //addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
44. addr.sin_port=htons(SERVER_PORT); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
45. /* 捆绑sockfd描述符 */
46. if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))<0)
47. {
48. fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno));
49. exit(1);
50. }
51. udps_respon(sockfd); // 进行读写操作
52. close(sockfd);
53. }

UDP客户端的代码udp_client.c:

udp_client.c

1. #include <stdlib.h>
2. #include <stdio.h>
3. #include <errno.h>
4. #include <string.h>
5. #include <unistd.h>
6. #include <netdb.h>
7. #include <sys/socket.h>
8. #include <netinet/in.h>
9. #include <sys/types.h>
10. #include <arpa/inet.h>
11. #define SERVER_PORT 8888 //定义端口号：（0-1024为保留端口号，最好不要用）
12. #define MAX_BUF_SIZE 1024
13. void udpc_requ(int sockfd,const struct sockaddr_in *addr,int len)
14. {
15. char buffer[MAX_BUF_SIZE];
16. int n;
17. while(1)
18. {     /* 从键盘读入,写到服务端 */
19. printf("Please input char:\n");
20. fgets(buffer,MAX_BUF_SIZE,stdin);
21. sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,(struct sockaddr*)addr,len);
22. bzero(buffer,MAX_BUF_SIZE);
23. }
24. }
25. int main(int argc,char **argv)
26. {
27. int sockfd; //socket描述符
28. struct sockaddr_in addr; //定义服务器起地址
29. if(argc!=2)
30. {
31. fprintf(stderr,"Usage:%s server_ip\n",argv[0]);
32. exit(1);
33. }
34. /* 建立 sockfd描述符 */
35. sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
36. if(sockfd<0)
37. {
38. fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno));
39. exit(1);
40. }
41. /* 填充服务端的资料 */
42. bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
43. addr.sin_family=AF_INET; // Internet
44. addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);// (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
45. if(inet_aton(argv[1],&addr.sin_addr)<0) /*inet_aton函数用于把字符串型的IP地址转化成网络2进制数字*/
46. {
47. fprintf(stderr,"Ip error:%s\n",strerror(errno));
48. exit(1);
49. }
50. udpc_requ(sockfd,&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 进行读写操作
51. close(sockfd);
52. }

编译udp_server.c和udp_client.c

gcc udp_server.c -o udp_server

gcc udp_client.c -o udp_client

运行udp服务器段程序和客户端程序，显示过程截图如下: