Linux学习 ： Socket 网络编程入门

一、socket()函数

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

• domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。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决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
• type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。
• protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

二、服务器：bind()函数、listen()、accept()函数

  1.int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

     bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

     函数的三个参数分别为：

• sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
• addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给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。
• addrlen：对应的是地址的长度。

   2.in listen(int sockfd, int backlog);

      如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

　　listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

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

　　accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

四、客户端：connect()函数

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

五、read()、write()等函数

    至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网络中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：

• read()/write()
• recv()/send()
• readv()/writev()
• recvmsg()/sendmsg()
• recvfrom()/sendto()

六、close()函数

　在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

 

PS:struct sockaddr是通用的套接字地址，而struct sockaddr_in则是internet环境下套接字的地址形式，二者长度一样，都是16个字节。二者是并列结构，指向sockaddr_in结构的指针也可以指向sockaddr。一般情况下，需要把sockaddr_in结构强制转换成sockaddr结构再传入系统调用函数中。

代码示例：

①TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）面向连接的协议:

//server.c
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>


/* socket
 * bind
 * listen
 * accept
 * send/recv
 */

#define SERVER_PORT 8888
#define BACKLOG     10 

int main(int argc, char **argv)
{
    int iSocketServer;
    int iSocketClient;
    struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
    struct sockaddr_in tSocketClientAddr;
    int iRet;
    int iAddrLen;

    int iRecvLen;
    unsigned char ucRecvBuf[1000];

    int iClientNum = -1;
    //将SIGCHLD信号的操作设为SIG_IGN，内核把僵尸子进程转交给init进程去处理
    signal(SIGCHLD,SIG_IGN); 
    
    //TCP为两条单工通讯，第二次调用write方法(假设在收到RST之后), 会生成SIGPIPE信号, 导致进程退出.
    //signal(SIGPIPE, SIG_IGN); 
                           //IPv4 ,  TCP      , protocal
    iSocketServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //新建一个socket句柄
    if (-1 == iSocketServer)
    {
        printf("socket error!
");
        return -1;
    }

    tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET; //internet
    tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);  /* 将端口转换成网络字节序-host to net, short */
     tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //本机上所有的IP
    memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);
    
    iRet = bind(iSocketServer, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
    if (-1 == iRet)
    {
        printf("bind error!
");
        return -1;
    }

    iRet = listen(iSocketServer, BACKLOG); //最多同时监测BACKLOG-10路连接
    if (-1 == iRet)
    {
        printf("listen error!
");
        return -1;
    }

    while (1)
    {
        iAddrLen = sizeof(struct sockaddr);
        //启动监听，有客户端连接时返回0
        iSocketClient = accept(iSocketServer, (struct sockaddr *)&tSocketClientAddr, &iAddrLen);
        if (-1 != iSocketClient)
        {
            iClientNum++;
            printf("Get connect from client %d : %s
",  iClientNum, inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr));
            if (!fork()) 
            {
                /* 子进程的源码 */
                while (1)
                {
                    /* 接收客户端发来的数据并显示出来 */
                    iRecvLen = recv(iSocketClient, ucRecvBuf, 999, 0);
                    if (iRecvLen <= 0)
                    {
                        close(iSocketClient);
                        return -1;
                    }
                    else
                    {
                        ucRecvBuf[iRecvLen] = '';
                        printf("Get Msg From Client %d: %s
", iClientNum, ucRecvBuf);
                    }
                }                
            }
        }
    }
    
    close(iSocketServer);
    return 0;
}

//client.c
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

/* socket
 * connect
 * send/recv
 */

#define SERVER_PORT 8888

int main(int argc, char **argv)
{
    int iSocketClient;
    struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
    
    int iRet;
    unsigned char ucSendBuf[1000];
    int iSendLen;

    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage:
");
        printf("%s <server_ip>
", argv[0]);
        return -1;
    }

    iSocketClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
    tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);  /* host to net, short */
     //tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
     if (0 == inet_aton(argv[1], &tSocketServerAddr.sin_addr)) //将一个字符串IP地址转换为一个32位的网络序列IP地址
     {
        printf("invalid server_ip
");
        return -1;
    }
    memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);


    iRet = connect(iSocketClient, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));    
    if (-1 == iRet)
    {
        printf("connect error!
");
        return -1;
    }

    while (1)
    {
        if (fgets(ucSendBuf, 999, stdin))
        {
            iSendLen = send(iSocketClient, ucSendBuf, strlen(ucSendBuf), 0);
            if (iSendLen <= 0)
            {
                close(iSocketClient);
                return -1;
            }
        }
    }
    
    return 0;
}

②.UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）

//server.c
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <signal.h>


/* socket
 * bind
 * sendto/recvfrom
 */

#define SERVER_PORT 8888

int main(int argc, char **argv)
{
    int iSocketServer;
    int iSocketClient;
    struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
    struct sockaddr_in tSocketClientAddr;
    int iRet;
    int iAddrLen;

    int iRecvLen;
    unsigned char ucRecvBuf[1000];

    int iClientNum = -1;
    
    iSocketServer = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == iSocketServer)
    {
        printf("socket error!
");
        return -1;
    }

    tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
    tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);  /* host to net, short */
    tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);
    
    iRet = bind(iSocketServer, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));
    if (-1 == iRet)
    {
        printf("bind error!
");
        return -1;
    }


    while (1)
    {
        iAddrLen = sizeof(struct sockaddr);
        iRecvLen = recvfrom(iSocketServer, ucRecvBuf, 999, 0, (struct sockaddr *)&tSocketClientAddr, &iAddrLen);
        if (iRecvLen > 0)
        {
            ucRecvBuf[iRecvLen] = '';
            printf("Get Msg From %s : %s
", inet_ntoa(tSocketClientAddr.sin_addr), ucRecvBuf);
        }
    }
    
    close(iSocketServer);
    return 0;
}

//client.c
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>

/* socket
 * connect
 * send/recv
 */

#define SERVER_PORT 8888

int main(int argc, char **argv)
{
    int iSocketClient;
    struct sockaddr_in tSocketServerAddr;
    
    int iRet;
    unsigned char ucSendBuf[1000];
    int iSendLen;
    int iAddrLen;

    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage:
");
        printf("%s <server_ip>
", argv[0]);
        return -1;
    }

    iSocketClient = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    tSocketServerAddr.sin_family      = AF_INET;
    tSocketServerAddr.sin_port        = htons(SERVER_PORT);  /* host to net, short */
     //tSocketServerAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
     if (0 == inet_aton(argv[1], &tSocketServerAddr.sin_addr))
     {
        printf("invalid server_ip
");
        return -1;
    }
    memset(tSocketServerAddr.sin_zero, 0, 8);

#if 0
    iRet = connect(iSocketClient, (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, sizeof(struct sockaddr));    
    if (-1 == iRet)
    {
        printf("connect error!
");
        return -1;
    }
#endif

    while (1)
    {
        if (fgets(ucSendBuf, 999, stdin))
        {
#if 0
            iSendLen = send(iSocketClient, ucSendBuf, strlen(ucSendBuf), 0);
#else
            iAddrLen = sizeof(struct sockaddr);
            iSendLen = sendto(iSocketClient, ucSendBuf, strlen(ucSendBuf), 0,
                                  (const struct sockaddr *)&tSocketServerAddr, iAddrLen);

#endif
            if (iSendLen <= 0)
            {
                close(iSocketClient);
                return -1;
            }
        }
    }
    
    return 0;
}