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Linux的SOCKET编程/tcp详解

分类: golang编程 | 浏览: 347

1. 网络中进程之间如何通信

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进程通信的概念最初来源于单机系统。由于每个进程都在自己的地址范围内运行，为保证两个相互通信的进

程之间既互不干扰又协调一致工作，操作系统为进程通信提供了相应设施，如

UNIX BSD有：管道（pipe）、命名管道（named pipe）软中断信号（signal）

UNIX system V有：消息（message）、共享存储区（shared memory）和信号量（semaphore)等.

他们都仅限于用在本机进程之间通信。网间进程通信要解决的是不同主机进程间的相互通信问题（可把同机进程通信看作是其中的特例）。为此，首先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上，不同进程可用进程号（process ID）唯一标识。但在网络环境下，各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如，主机A赋于某进程号5，在B机中也可以存在5号进程，因此，“5号进程”这句话就没有意义了。其次，操作系统支持的网络协议众多，不同协议的工作方式不同，地址格式也不同。因此，网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。

其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ ip地址 ” 可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“ 协议+端口 ” 可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已经被淘汰），来实现网络进程之间的通信。就目前而言，几乎所有的应用程序都是采用socket，而现在又是网络时代，网络中进程通信是无处不在，这就是我为什么说“一切皆socket”。

2. 什么是TCP/IP、UDP

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。

TCP/IP协议存在于OS中，网络服务通过OS提供，在OS中增加支持TCP/IP的系统调用——Berkeley套接字，如Socket，Connect，Send，Recv等

UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。如图：

TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层，而socket所在位置如图，Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。

3. Socket是什么

1、 socket套接字：

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现， socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）.
说白了Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层， 它是一组接口 。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

使用 socket 进行 TCP 通信时，经常使用的函数有：将从二、创建套接字讲起

一、简述

流式Socket:SOCK_STREAM , 提供面向连接的Socket

数据报式Socket:SOCK_DGRAM , 提供面向无连接的Socket

2. 字节序

1）概念：是指多字节数据的存储顺序

2）分类：

小端格式:将低位字节数据存储在低地址

大端格式:将高位字节数据存储在低地址

3）特点：网络协议指定了通讯字节序–大端

只有在多字节数据处理时才需要考虑字节序

运行在同一台计算机上的进程相互通信时,一般不用考虑字节序

异构计算机之间通讯，需要转换自己的字节序为网络字节序

4）确定主机字节序：

 
 

  #include <stdlib.h>
 

 

  #include <stdio.h>
 

 

  #include <string.h> 
 

 

   
 

 

  void main()
 

 

  {
 

 

   printf("程序开始\n");
 

 

 

   union{
 

 

   short data;
 

 

   char c[sizeof(short)];
 

 

   }un;
 

 

 

   un.data = 0x0102;
 

 

 

   if( un.c[0] == 1 && un.c[1] == 2){
 

 

   printf("大端格式\n");
 

 

   }else if( un.c[0] == 2 && un.c[1] == 1){
 

 

   printf("小端格式\n");
 

 

   }
 

 

   printf("程序结束\n");
 

 

   return;
 

 

  }

5）字节序转换函数

    1）主机字节序数据转换成网络字节序数据

 int16_t htons(uint16_t host16bit) 把16位值从主机字节序转到网络字节序


uint32_t htonl(uint32_t host32bit)  把32位值从主机字节序转到网络字节序


功能:

    将32或16位主机字节序数据转换成网络字节序数据

参数：

    uint32_t: unsigned int

    hostint32：待转换的32位主机字节序数据

返回值：

    成功：返回网络字节序的值

2）网络字节序数据转换成主机字节序数据

uint16_t ntohs(uint16_t net16bit) 把16位值从网络字节序转到主机字节序


uint32_t ntohs(uint32_t net32bit)  把32位值从网络字节序转到主机字节序

功能：

    将32或16位网络字节序数据转换成主机字节序数据

参数：

    uint32_t： unsignedint

    netint32： 待转换的32位网络字节序数据

返回值：

    成功：返回主机字节序的值

3. 通用套接字地址结构sockaddr

套接字数据结构用于保存套接字信息，与使用该结构的网络协议有关，每一种网络协议都有其本身的网络地址数据结构，都是以sockaddr_开头的，不同的网络协议有不同的后缀，如IPv4对应的是skocaddr_in

1)地址标识了特定通信域中的套接字端点,

地址格式与特定通信域相关,

为使不同格式地址能被传入套接字函数,地址被强制转换成通用套接字地址结构

       通用套接字地址结构如下：

 struct sockaddr
{
  sa_family_t  sa_family; //2 字节，地址族 AF_xxx
  char  sa_data[14]; //14 字节的协议地 址，包含套接字IP和端口号
};

头文件:#include <netinet/in.h>

4. 套接字地址结构sockaddr_in

1)在IPv4因特网域(AF_INET)中,套接字地址结构用sockaddr_in命名

 struct sockaddr_in

{

  sa_family_t  sin_family; //2字节，地址族

  in_port_t  sin_port; //2字节，端口号

  struct in_addr  sin_addr; //4字节，IP地址

  unsigned char  sin_zero[8]; //8字节，

 };


struct in_addr

{

  in_addr_t s_addr; //4字节

};

sin_zero说明：用来将sockaddr_in结构填充到与sockaddr同样长度，可用bzero()或memset()函数将其置为0

头文件：#include <netinet/in.h

5. 地址转换函数

1)int inet_pton(int family, const char* strptr,void *addrptr);
功能：
将点分十进制数串转换成32位无符号整数

参数：
family 协议族
strptr 点分十进制数串
addrptr 32位无符号整数的地址
返回值：
成功：1
失败：其它
头文件：#include <arpa/inet.h>

2)const char *inet_ntop(int family, const void* addrptr, char *strptr, size_t len);
功能：
将32位无符号整数转换成点分十进制数串

参数：
family 协议族
addrptr 32位无符号整数
strptr 点分十进制数串
len strptr缓存区长度
len的宏定义
#define INET_ADDRSTRLEN 16
#define INET6_ADDRSTRLEN 46 //for ipv6
返回值：
成功:则返回字符串的首地址
失败:返回NULL
头文件：#include <arpa/inet.h>

6.服务模型

TCP：

Udp：

二、创建套接字

创建套接字是进行任何网络通信时必须做的第一步

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

功能：

创建一个用于网络通信的I/O描述符（套接字）

参数：

family：协议族

AF_INET，AF_INET6，AF_LOCAL，AF_ROUTE，AF_KEY

常用值 AF_INET 互联网协议族

type：套接字类型

SOCK_STREAM（流式套接字）

SOCK_DGRAM（数据包套接字）
SOCK_RAW （原始套接字）
SOCK_SEQPACKET

protocol：协议类别

0，IPPROTO_TCP，IPPROTO_UDP，IPPROTO_SCTP

常用值 0

返回值：套接字

socket创建的套接字特点

使用socket创建套接字时，系统不会分配端口
使用socket创建的是主动套接字，但作为服务器，
需要被动等待别人的连接

头文件：#include<sys/socket.h>

Socket编程实例

服务器端：一直监听本机的8000号端口，如果收到连接请求，将接收请求并接收客户端发来的消息，并向客户端返回消息。

 
/* File Name: server.c */#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<errno.h>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#define DEFAULT_PORT 8000#define MAXLINE 4096int main(int argc, char** argv){    int    socket_fd, connect_fd;    struct sockaddr_in     servaddr;    char    buff[4096];    int     n;    //初始化Socket    if( (socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){    printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);    exit(0);    }    //初始化    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));    servaddr.sin_family = AF_INET;    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。    servaddr.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);//设置的端口为DEFAULT_PORT     //将本地地址绑定到所创建的套接字上    if( bind(socket_fd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){    printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);    exit(0);    }    //开始监听是否有客户端连接    if( listen(socket_fd, 10) == -1){    printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);    exit(0);    }    printf("======waiting for client's request======\n");    while(1){//阻塞直到有客户端连接，不然多浪费CPU资源。        if( (connect_fd = accept(socket_fd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){        printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno);        continue;    }//接受客户端传过来的数据    n = recv(connect_fd, buff, MAXLINE, 0);//向客户端发送回应数据    if(!fork()){ /*紫禁城*/        if(send(connect_fd, "Hello,you are connected!\n", 26,0) == -1)        perror("send error");        close(connect_fd);        exit(0);    }    buff[n] = '\0';    printf("recv msg from client: %s\n", buff);    close(connect_fd);    }    close(socket_fd);}

客户端：

 /* File Name: client.c */ #include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<errno.h>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h> #define MAXLINE 4096  int main(int argc, char** argv){    int    sockfd, n,rec_len;    char    recvline[4096], sendline[4096];    char    buf[MAXLINE];    struct sockaddr_in    servaddr;      if( argc != 2){    printf("usage: ./client <ipaddress>\n");    exit(0);    }      if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){    printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno);    exit(0);    }      memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));    servaddr.sin_family = AF_INET;    servaddr.sin_port = htons(8000);    if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){    printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]);    exit(0);    }      if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){    printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);    exit(0);    }      printf("send msg to server: \n");    fgets(sendline, 4096, stdin);    if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)    {    printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);    exit(0);    }    if((rec_len = recv(sockfd, buf, MAXLINE,0)) == -1) {       perror("recv error");       exit(1);    }    buf[rec_len]  = '\0';    printf("Received : %s ",buf);    close(sockfd);    exit(0);}

inet_pton 是Linux下IP地址转换函数，可以在将IP地址在“点分十进制”和“整数”之间转换，是inet_addr的扩展。

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Linux SOCKET tcp

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2. 什么是TCP/IP、UDP

3. Socket是什么

Socket编程实例

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