《TCP/IP网络编程》读书笔记

1.Windows 下的 socket 程序和 Linux 思路相同，但细节有所差别
(1) Windows 下的 socket 程序依赖 Winsock.dll 或 ws2_32.dll，必须提前加载。DLL 有两种加载方式，请查看：动态链接库DLL的加载
(2) Linux 使用“文件描述符”的概念，而 Windows 使用“文件句柄”的概念；Linux 不区分 socket 文件和普通文件，而 Windows 区分；
(3) Linux 下 socket() 函数的返回值为 int 类型，而 Windows 下为 SOCKET 类型，也就是句柄。
(4) Linux 下使用 read() / write() 函数读写，而 Windows 下使用 recv() / send() 函数发送和接收。
(5) 关闭 socket 时，Linux 使用 close() 函数，而 Windows 使用 closesocket() 函数。

2.分配给标准输入标准输出及标准错误输出的文件描述符
文件描述符       对象
 0                  标准输出
 1                  标准输出
 2                  标准错误

 

3.WinSock（Windows Socket）编程依赖于系统提供的动态链接库(DLL)，有两个版本： 

较早的DLL是 wsock32.dll，大小为 28KB，对应的头文件为 winsock1.h；
最新的DLL是 ws2_32.dll，大小为 69KB，对应的头文件为 winsock2.h。
使用#pragma命令，在编译时加载：
 #pragma comment (lib, "ws2_32.lib")
WinSock 编程的第一步就是加载 ws2_32.dll，然后调用 WSAStartup() 函数进行初始化，并指明要使用的版本号

WSADATA wsaData;
WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

4. socket编程

(1) 使用socket()函数创建套接字
(2) 使用bind()函数将套接字与特定的IP地址和端口绑定起来，只有这样，流经该IP地址和端口的数据才能交给套接字处理
(3) 使用connect()函数来建立连接

(4) sockaddr结构体
可以认为，sockaddr 是一种通用的结构体，可以用来保存多种类型的IP地址和端口号，而 sockaddr_in 是专门用来保存 IPv4 地址的结构体
另外还有 sockaddr_in6，用来保存 IPv6 地址

(5) 使用listen()函数让套接字进入被动监听状态

(6) 使用accept()函数可以随时响应客户端的请求
(7) accept() 返回一个新的套接字来和客户端通信，addr 保存了客户端的IP地址和端口号
(8) listen() 只是让套接字进入监听状态，并没有真正接收客户端请求，listen() 后面的代码会继续执行，直到遇到accept()
(9) accept() 会阻塞程序执行（后面代码不能被执行），直到有新的请求到来。
(10) TCP服务器端函数调用顺序：socket()->bind()->listen()->accept()->read()/write()->close()
(11) TCP客户端函数调用顺序：socket()->connect()->read()/write()->close()

 

 

例子：

(1)基于linux环境的tcp回声服务器的实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 1024
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock, clnt_sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int str_len, i;
    
    struct sockaddr_in serv_adr;
    struct sockaddr_in clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;
    
    if(argc!=2) {
        printf("Usage : %s <port>
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    
    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
    if(serv_sock==-1)
        error_handling("socket() error");
    
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
        error_handling("bind() error");
    
    if(listen(serv_sock, 5)==-1)
        error_handling("listen() error");
    
    clnt_adr_sz=sizeof(clnt_adr);

    for(i=0; i<5; i++)
    {
        clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);
        if(clnt_sock==-1)
            error_handling("accept() error");
        else
            printf("Connected client %d 
", i+1);
    
        while((str_len=read(clnt_sock, message, BUF_SIZE))!=0)
            write(clnt_sock, message, str_len);

        close(clnt_sock);
    }

    close(serv_sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('
', stderr);
    exit(1);
}

(2)基于linux环境的tcp回声客户端的实现

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 1024
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int str_len;
    struct sockaddr_in serv_adr;

    if(argc!=3) {
        printf("Usage : %s <IP> <port>
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    
    sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
    if(sock==-1)
        error_handling("socket() error");
    
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));
    
    if(connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr))==-1)
        error_handling("connect() error!");
    else
        puts("Connected...........");
    
    while(1) 
    {
        fputs("Input message(Q to quit): ", stdout);
        fgets(message, BUF_SIZE, stdin);
        
        if(!strcmp(message,"q
") || !strcmp(message,"Q
"))
            break;

        write(sock, message, strlen(message));
        str_len=read(sock, message, BUF_SIZE-1);
        message[str_len]=0;
        printf("Message from server: %s", message);
    }
    
    close(sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('
', stderr);
    exit(1);
}

5.Ack号 = Seq号 + 传递的字节数 + 1

 

6.

 (1) 调用 close()/closesocket() 函数意味着完全断开连接，即不能发送数据也不能接收数据
 (2) 使用 shutdown() 函数可以只断开一条数据传输通道，而保留另一条

int shutdown(int sock, int howto);  //Linux
int shutdown(SOCKET s, int howto);  //Windows

sock 为需要断开的套接字，howto 为断开方式

howto 在 Linux 下有以下取值：

• SHUT_RD：断开输入流。套接字无法接收数据（即使输入缓冲区收到数据也被抹去），无法调用输入相关函数。
• SHUT_WR：断开输出流。套接字无法发送数据，但如果输出缓冲区中还有未传输的数据，则将传递到目标主机。
• SHUT_RDWR：同时断开 I/O 流。相当于分两次调用 shutdown()，其中一次以 SHUT_RD 为参数，另一次以 SHUT_WR 为参数。

howto 在 Windows 下有以下取值：

• SD_RECEIVE：关闭接收操作，也就是断开输入流。
• SD_SEND：关闭发送操作，也就是断开输出流。
• SD_BOTH：同时关闭接收和发送操作。

shutdown() 用来关闭连接，而不是套接字，不管调用多少次 shutdown()，套接字依然存在，直到调用 close() / closesocket() 将调用 close()/closesocket() 关闭套接字时，或调用 shutdown() 关闭输出流时，都会向对方发送 FIN 包。FIN 包表示数据传输完毕，计算机收到 FIN 包就知道不会再有数据传送过来了
 (3) 默认情况下，close()/closesocket() 会立即向网络中发送FIN包，不管输出缓冲区中是否还有数据，而shutdown() 会等输出缓冲区中的数据传输完毕再发送FIN包, 也就意味着，调用 close()/closesocket() 将丢失输出缓冲区中的数据，而调用 shutdown() 不会。

例子：

(1)file_server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sd, clnt_sd;
    FILE * fp;
    char buf[BUF_SIZE];
    int read_cnt;
    
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;
    
    if(argc!=2) {
        printf("Usage: %s <port>
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    
    fp=fopen("file_server.c", "rb"); 
    serv_sd=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);   
    
    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));
    
    bind(serv_sd, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr));
    listen(serv_sd, 5);
    
    clnt_adr_sz=sizeof(clnt_adr);    
    clnt_sd=accept(serv_sd, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);
    
    while(1)
    {
        read_cnt=fread((void*)buf, 1, BUF_SIZE, fp);
        if(read_cnt<BUF_SIZE)
        {
            write(clnt_sd, buf, read_cnt);
            break;
        }
        write(clnt_sd, buf, BUF_SIZE);
    }
    
    shutdown(clnt_sd, SHUT_WR);    
    read(clnt_sd, buf, BUF_SIZE);
    printf("Message from client: %s 
", buf);
    
    fclose(fp);
    close(clnt_sd); close(serv_sd);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('
', stderr);
    exit(1);
}

(2)file_client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sd;
    FILE *fp;
    
    char buf[BUF_SIZE];
    int read_cnt;
    struct sockaddr_in serv_adr;
    if(argc!=3) {
        printf("Usage: %s <IP> <port>
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    
    fp=fopen("receive.dat", "wb");
    sd=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);   

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));

    connect(sd, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr));
    
    while((read_cnt=read(sd, buf, BUF_SIZE ))!=0)
        fwrite((void*)buf, 1, read_cnt, fp);
    
    puts("Received file data");
    write(sd, "Thank you", 10);
    fclose(fp);
    close(sd);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('
', stderr);
    exit(1);
}

 

7. recv() 返回 0 的唯一时机就是收到FIN包时

 

8. 网络字节序
不同 CPU 保存和解析数据的方式不同（主流的 Intel 系列 CPU 为小端序），小端序系统和大端序系统通信时会发生数据解析错误。因此在发送数据前，要将数据转换为统一的格式——网络字节序（Network Byte Order）。网络字节序统一为大端序。

 

9.
ping 域名可以查看域名对应的IP地址
nslookup命令可以查看计算机中注册的默认DNS服务器地址

 

10.
 (1) 下列函数可以通过传递字符串格式的域名获取IP地址

#include <netdb.h>
struct hostent *gethostbyname(const char *hostname);

 成功时返回hostnet结构体指针，失败时返回NULL指针

例子：gethostbyname.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    struct hostent *host;
    if(argc!=2) {
        printf("Usage : %s <addr>
", argv[0]);
        exit(1);
    }
    
    host=gethostbyname(argv[1]);
    if(!host)
        error_handling("gethost... error");

    printf("Official name: %s 
", host->h_name);
    
    for(i=0; host->h_aliases[i]; i++)
        printf("Aliases %d: %s 
", i+1, host->h_aliases[i]);
    
    printf("Address type: %s 
", 
        (host->h_addrtype==AF_INET)?"AF_INET":"AF_INET6");

    for(i=0; host->h_addr_list[i]; i++)
        printf("IP addr %d: %s 
", i+1,
                    inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]));
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('
', stderr);
    exit(1);
}

struct hostnet
{
  char *h_name;
  char **h_aliases;
  int h_addrtype;
  int h_lenght;
  char **h_addr_list;
}

 (2) gethostbyaddr()函数利用IP地址获取域相关信息

#include <netdb.h>
struct hostnet *gethostbyaddr(const char *addr, socklen_t len, int fanily);

 成功时返回hostnet结构体变量地址值，失败时返回NULL指针

 addr:含有IP地址信息的in_addr结构体指针
 len:  向第一个参数传递的地址信息的字节数，IPv4时为4，IPv6时为6
 family: 传递地址族信息，IPv4时为AF_INET, IPv6时为AF_INET6

例子：gethostbyaddr.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int i;
    struct hostent *host;
    struct sockaddr_in addr;
    if(argc!=2) {
        printf("Usage : %s <IP>
", argv[0]);
        exit(1);
    }

    memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
    host=gethostbyaddr((char*)&addr.sin_addr, 4, AF_INET);
    if(!host)
        error_handling("gethost... error");

    printf("Official name: %s 
", host->h_name);

    for(i=0; host->h_aliases[i]; i++)
        printf("Aliases %d: %s 
", i+1, host->h_aliases[i]);
    
    printf("Address type: %s 
", 
        (host->h_addrtype==AF_INET)?"AF_INET":"AF_INET6");

    for(i=0; host->h_addr_list[i]; i++)
        printf("IP addr %d: %s 
", i+1,
                    inet_ntoa(*(struct in_addr*)host->h_addr_list[i]));    
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('
', stderr);
    exit(1);
}

 

 (3)字节序转换函数

 unsigned short htons(unsigned short);
 unsigned short ntohs(unsigned short);
 unsigned long htonl(unsigned long);
 unsigned long ntohl(unsigned long);

 (4) 将字符串信息转换为网络字节序的整数型

 #include <arpa/inet.h>
 in_addr_t inet_addr(const char *string);

  成功时返回32位大端序整数型值，失败时返回INADDR_NONE

 (5) inet_aton()也将字符串形式IP地址转换位32位网络字节序整数并返回，只不过该函数利用in_addr结构体，且其使用频率跟高
 

#include <arpa/inet.h>
int inet_aton(const char *string, struct in_addr *addr);

  成功时返回1(true)，失败时返回0(false)

 (6) inet_ntoa()函数可以把网络字节序整数型IP地址转换成字符串形式

 #include <arpa/inet.h>
 char *inet_ntoa(struct in_addr adr);

  成功时返回转换的字符串地址值，失败时返回-1；

        调用完该函数后应立即将字符串信息复制到其他内存空间，因为，若再次调用inet_ntoa函数，则有可能覆盖之前保存的字符串信息
 

 (7) 网络地址信息初始化方法：
 

struct sockaddr_in addr;
char *serv_ip = "211.217.168.13";
char *serv_port "9190";
memset(&addr, 0, sizeof(addr));
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(serv_ip);
addr.sin_port = htons(atoi(serv_port));

 利用常数INADDR_ANY分配服务器的IP地址，可以自动获取运行服务器端的计算机IP地址

 addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

11.套接字的可选项

getsockopt(int sock, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
setsockopt(int sock, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen)

• SO_SNDBUF：输入缓冲大小相关可选项

•  SO_RCVBUF：输出缓冲大小相关可选项
•  SO_REUSEADDR：该可选项设置为TRUE可将Time_wait状态下的套接字端口号重新分配给新的套接字

 TCP_NODELAY设置为1可禁用Nagle算法
 

12.多进程

 (1) 通过调用fork函数创建进程

 #include <unistd.h>
 pid_t fork(void);

 父进程：fork函数返回子进程的ID

 子进程：fork函数返回0

(2) 应当向创建子进程的父进程传递子进程的exit参数值或return语句的返回值，防止僵尸进程的产生
 销毁僵尸进程1：利用wait函数

#include <unistd.h>
pid_t wait(int *statloc);

 ->成功时返回终止的子进程ID，失败时返回-1

 子进程终止时传递的返回值将保存到statloc所指内存空间，需要用下列宏进行分离

•  WIFEXITED 子进程正常终止时返回“真”true
•  WEXITSTATUS 返回子进程的返回值

 销毁僵尸进程2：利用waitpid函数

 #include <sys/wait.h>
 pid_t waitpid(pid_t pid, int *statloc, int options);

 ->成功时返回终止的子进程ID，失败时返回-1

 pid 等待终止的目标子进程ID，若传递-1，则可以等待任意子进程终止

 (3) statloc与wait函数的statloc参数具有相同含义
 (4) options 传递sys/wait.h中声明的常量WNOHANG,即使没有终止的子进程也不会进入组赛状态，而是返回0并退出函数
 (5)信号与signal函数

 #include <signal.h>
 void (*signal(int signal, void (*func)(void)))(int);

 ->为了在产生信号时调用，返回之前注册的函数指针

 (6) 利用sigaction函数进行信号处理

 #include <signal.h>
 int sugacyion(int signo, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact);

 ->成功时返回0，失败时返回-1

 通过fork函数复制套接字文件描述符后，同一端口将对应多个套接字，只有这些套接字描述符都终止，才能销毁套接字
 
13.进程间通信
 创建管道的函数：

 #include <unistd.h>
 int pipe(int filedes[2]);

 ->成功时返回0，失败时返回-1

 filedes[0]:通过管道接收数据时使用的文件描述符，即管道出口
 filedse[1]:通过管道传输数据时使用的文件描述符，即管道入口
 
14.I/O复用
 (1) 针对fd_set变量的操着的宏：

 FD_ZERO(fd_set *fdset)
 FD_SET(int fd, fd_set *fdset)
 FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)
 FD_ISSET(fint fd, d_set *fdset)

(2) select函数:

 #include <sys/select.h>
 #include <sys/time.h>
 int select(int maxfd, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, const struct timeval *timeout);

15.多种I/O函数

 (1) 收到MSG_OOB紧急消息时，操着系统将产生SIGURG消息，并调用注册的信号处理函数
 (2) 处理SIGURG信号时必须指定处理信号的进程，而geipid函数返回调用此函数的进程ID

 (3) fcntl函数用于控制文件描述符
 

fcntl(recv_sock, F_SETOWN, getpid());

 上述调用的含义是“将文件描述符recv_sock指向的套接字拥有者（F_SETOWN）改为把getpid函数返回值用作ID的进程

 (4) 紧急指针指向紧急消息的下一个位置(偏移量+1)，紧急消息的意义在于督促消息处理，而非紧急传输形式受限的消息
 (5) 调用recv函数的同时传递MSG_PEEK可选项，是为了保证即使不存在待读取的数据也不会进入阻塞状态，设置MSG_PEEK选项并调用recv函数时，即使读取了输入缓冲的数据也不会删除，该选项通常与MSG_DONTWAIT合作，用于调用以非阻塞方式验证待读取数据存在与否的函数