网络编程学习笔记：linux下的socket编程

socket是进程通信的一种方式，通过调用一些API可以实现进程间通信，建立连接以及收发信息的过程如下图所示：

这些函数的用法如下：

1、int socket(int protocolFamily, int type, int protocol); 返回描述符sockfd

• l  protocolFamily：协议族，AF_INET(IPV4)、AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，unix域socket）、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了用IPV4地址（32位）与端口号（16位），AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址
• l  type：指定socket类型。常用的类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等
• l  protocol：协议名

调用socket创建之后，返回的描述符存在于协议族空间中，但没有一个具体的地址，必须要通过bind才行

2、int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• l  sockfd：socket描述字，socket的返回值
• l  addr：一个const struct *addr指针，指向要绑定的sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同

如， IPV4：

struct sockaddr_in {
sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
};

struct in_addr{
  uint32_t s_addr; // address in network byte order
};

• l  addrlen：对应的地址的长度

3、int listen(int sockfd, int backlog);服务器监听函数

• l  sockfd：socket描述字，socket的返回值
• l  backlog: socket 可以排队的最大连接个数

　　listen函数将socket变为被动类型的， 等待客户连接请求

4、int connect(int sockfd, const struct *addr, socklen_t addrlen);

• l  sockfd：socket描述字，socket的返回值
• l  addr：服务器的socket地址
• l  addrlen：socket地址的长度

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

• l  sockfd：socket描述字，socket的返回值
• l  addr：结果参数，接收一个返回值指向客户端的地址，如果对客户的地址不在乎，可以设置为NULL
• l  addrlen:结果参数，接收上述addr结构大小，指明addr结构所占字节数，也可NULL

　　accept()成功返回一个SOCKET描述符，表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。

6、ssize_t send(int sockfd, const void *buf, ssize_t len, int flags);

• l  sockfd: socket描述字，socket的返回值
• l  buf:要发送的数据buffer
• l  len：要传送的数据大小
• l  flag：一般取值为0，影响TCP首部的可选部分

　　send将自己的数据copy到内核的send buffer，返回值为[-1,size]:

• • 返回-1说明发送数据失败，系统内部出问题了
  • 返回[0,size]：由于send是从内核的send buffer中写数据，那么send buffer中剩下的长度为m，返回min(m, size)，返回0就是send buffer没有空间了

7、ssize_t recv(int sockfd, void *buf, ssize_t len, int flags);

各参数意义基本与send相同，recv操作将内核中的数据拷贝到应用程序内部

返回值是[-1,size]：

• • 返回-1表明接收失败，socket失效、recv操作由于系统内部原因中断等原因
  • 返回0表明没有数据，在TCP中接收发送有一个timeout，当timeout的时候还没有数据返回0
  • 返回[1,size]：recv的操作时从内核拷贝数据，数据有多少拷贝多少，内核现在收到长度为m的数据，返回min(m, size);

8、int close(int fd);

一个echo小例子，客户端向服务器发送什么服务器就给客户端返回什么信息：

1、服务器代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>   // 基本系统数据类型,是系统的基本系统数据类型的头文件
#include<sys/socket.h>  
#include<netinet/in.h>  // 互联网地址族
#include<arpa/inet.h>   //IP地址转换函数inet_pton
#include<unistd.h>      //close

#include<iostream>

int main(int argc, char** argv){
    int socketfd, bindfd, connectfd;
    char buffer[4096];
    struct sockaddr_in serverAddress;
    int sendSize, recvSize;

    //printf("================== create socket ======================
");
    // create socket
    socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(socketfd == -1){
        printf("Create socket error:%s(errno:%d)
", strerror(errno),errno);
        exit(0);
    }

    //printf("================== set address ========================
");
    //set server address
    memset(&serverAddress, 0, sizeof(serverAddress));
    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_port = htons(800);
    //serverAddress.sin_addr.s_addr = htonl(127.0.0.1);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serverAddress.sin_addr);

    std::cout << serverAddress.sin_addr.s_addr << '
';

    //printf("================== bind address ========================
");
    // bind address to the socket
    bindfd = bind(socketfd, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress));
    if(bindfd == -1){
        printf("bind socket error:%s(errno:%d)
", strerror(errno),errno);
        exit(0);        
    }

    //printf("================== listen ========================
");
    if(listen(socketfd, 10) == -1){
        printf("listen socket error:%s(errno:%d)
",strerror(errno),errno);
        exit(0);
    }

    printf("================== waiting connect ========================
");
    while(1){
        sleep(2);
        // recvive a connect and accept
        connectfd = accept(socketfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL);
        if(connectfd == -1){
            printf("connet socket error:%s(errno:%d)
",strerror(errno),errno);
            continue;        
        }

        // receive data
        recvSize = recv(connectfd, buffer, 4096, 0);
        if(recvSize == -1){
            printf("recvive data error:%s(errno:%d)
",strerror(errno),errno);
            continue;            
        }
        
        printf("%s
", buffer);

        // send data
        sendSize = send(connectfd, buffer, 4096, 0);
        if(sendSize == -1){
            printf("send data error:%s(errno:%d)
",strerror(errno),errno);
            continue;            
        }
        close(connectfd);

    }
    close(socketfd);


}

2、客户端代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>   // 基本系统数据类型,是系统的基本系统数据类型的头文件
#include<sys/socket.h>  
#include<netinet/in.h>  // 互联网地址族
#include<arpa/inet.h>   //IP地址转换函数inet_pton
#include<unistd.h>      //close

#include<iostream>

int main(){
    int socketfd, connectfd;
    int sendSize, recvSize;

    struct sockaddr_in serverAddress;

    char sendBuf[4096];
    char recvBuf[4096];

    printf("================== create socket ========================
");
    socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(socketfd == -1){
        printf("create socket error:%s(error%d)
", strerror(errno),errno);
        exit(0);
    }

    memset(&serverAddress, 0, sizeof(serverAddress));
    serverAddress.sin_family = AF_INET;
    serverAddress.sin_port = htons(800);
    //serverAddress.sin_addr.s_addr = htonl("127.0.0.1");    
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serverAddress.sin_addr);

    std::cout << serverAddress.sin_addr.s_addr << '
';

    connectfd = connect(socketfd, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress));
    if(connectfd == -1){
        printf("connect server error:%s(error(%d))
", strerror(errno), errno);
        exit(0);
    }

    printf("send message to server:
");
    //std::cin >> sendBuf;
    fgets(sendBuf, 4096, stdin);
    //printf("%s
", sendBuf);
    sendSize = send(socketfd, sendBuf, strlen(sendBuf), 0);
    if(sendSize == -1){
        printf("send data error:%s(error%d)
", strerror(errno), errno);
        exit(0);
    }

    printf("wait echo from server:
");

    sleep(2);
    recvSize = recv(socketfd, recvBuf, sizeof(recvBuf), 0);
    if(recvSize < 0){
        printf("recvive echo error:%s(error%d)
", strerror(errno), errno);
        exit(0);
    }
    printf("%s", recvBuf);

    close(socketfd);

}

在这过程中遇到的几个问题：

1、（客户端）errno 111：connection refused

　　这个问题说明客户端没有找到应该连接的端口，需要做到：

• 确保服务端在相应的端口监听；
• 关闭防火墙（ubuntu下面的命令：sudo ufw disable）;
• 而且server端要 sudo 运行；

　　由于我客户端和服务器端口号不匹配，就出现了这个问题

2、（服务器）errno 14：bad address

　　accept()函数的第二个参数指的是一个接收返回结果的缓存区，表示的是本次连接的客户端的地址，如果无所谓客户端地址可以写为NULL，而一旦给这个参数赋了非NULL得值，但是这个缓存区又不可写的话，就会出现bad address报错

3、（服务器）errno 107: transport endpoint is not connected.

　　这个问题，是由于我服务器端的recv和send函数的第一个参数写的本地socket描述符造成的，事实上，这应该是已连接的socket描述符