Linux 高级Socket编程

设置套接字函数：

#include<sys/socket.h>

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

//sockfd要设置的目的套接字
//level套接字的控制层次
//optname optval optlen是三个相关的参数，通过不同的搭配可以设置不同的功能

应用：

1.数据收发时限设置

struct timeva timeout;
timeout.tv_sec=5;
timeout.tv_usec=0;

//接受时限
setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET,SO_RCVTIMEO, (char*)&timeout,sizeof(timeout));

//发送时限
setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET,SO_SNDTIMEO, (char*)&timeout,sizeof(timeout));

2.修改收发缓冲区

//接收缓冲区
int opt=1024*1024;
setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET, SO_RCVBUF, (const char*)&opt,sizeof(opt));


//发送缓冲区
setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET, SO_SNDBUF, (const char*)&opt,sizeof(opt));

3.广播设置

int bBroadcast=1;
setsockopt(seversocket, SQL_SOCKET, SO_BROADCAST,(cosnt char*)&bBroadcast,sizeof(bBroadcast));

4.直接数据复制

　　为了提升系统性能，在发送或接受数据时，可以主动设置数据不经历由缓冲区到套接字缓存区的拷贝。

int opt=0;

setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET,SO_SNDBUF,(char*)&opt,sizeof(opt));

setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET,SO_RCVBUF,(char*)&opt,sizeof(opt));

Select技术：

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>

#define SERVER_PORT 5555
#define QUEUE_LENGTH 5
#define BUF_SIZE 200

int main(int argc, char **argv)
{
    int server_socket,new_socket;
    struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
    socklen_t sin_size;
    int client_socket[QUEUE_LENGTH];
    int conn_num;
    int yes=1;
    char buf[BUF_SIZE];
    int ret;
    int i;
    //创建套接字
    if((server_socket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){
        perror("Socket");
        return 0;
    }
    //设置为可重复使用
    if(setsockopt(server_socket,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&yes,sizeof(int))==-1){
        perror("setsockopt");
        return 0;
    }
    //设置服务器地址信息设置
    server_addr.sin_family=AF_INET;                    //TCP
    server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;            //本地IP地址
    
    memset(server_addr.sin_zero,'\0',sizeof(server_addr.sin_zero));
    
    //绑定套接字与地址信息
    if(bind(server_socket,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr))==-1){
        perror("setsockopt");
        return 0;
    }
    
    //侦听
    if(listen(server_socket,5)==-1){
        perror("setsockopt");
        return 0;
    }
    
    printf("listen port : %d\n",SERVER_PORT);
    
    fd_set clientfdset;
    int maxsock;
    struct timeval tv;
    
    conn_num=0;
    sin_size=sizeof(client_addr);
    maxsock=server_socket;
    
    while(1){
        //初始化，清空并添加服务器套接字到集合
        FD_ZERO(&clientfdset);
        FD_SET(server_socket,&clientfdset);
        
        //设置超时时间
        tv.tv_sec=15;
        tv.tv_usec=0;
        
        //添加连接的客户端到集合
        for(i=0;i<QUEUE_LENGTH;i++){
            if(client_socket[i]!=0)
                FD_SET(client_socket[i],&clientfdset);
        }
        //select模式
        ret=select(maxsock+1,&clientfdset,NULL,NULL,&tv);
        if(ret<0){
            perror("select");
            break;
        }
        else if(ret==0){
            printf("waiting timeout\n");
            continue;
        }
        
        //检查集合内是否已经存在
        for(i=0;i<conn_num;i++){
            if(FD_ISSET(client_socket[i],&clientfdset)){
                ret=recv(client_socket[i],buf,sizeof(buf),0);
                
                if(ret<=0){
                    printf("client[%d] close\n",i);
                    close(client_socket[i]);
                    FD_CLR(client_socket[i],&clientfdset);
                    client_socket[i]=0;
                }
                else{
                    printf("client[%d] msg: %s\n",i,buf);
                    send(client_socket[i],buf,sizeof(buf),0);
                }
            }
        }
        
        if(FD_ISSET(server_socket,&clientfdset)){
            new_socket=accept(server_socket,(struct sockaddr*)&client_addr,&sin_size);
            if(new_socket<=0){
                perror("accept");
                continue;
            }
            if(conn_num<QUEUE_LENGTH){
                client_socket[conn_num++]=new_socket;
                printf("new client[%d] %s: %d\n",conn_num,inet_ntoa(client_addr.sin_addr),ntohs(client_addr.sin_port));
                if(new_socket>maxsock)
                    maxsock=new_socket;
            }
            else{
                send(new_socket,"sorry overload!",sizeof("sorry overload!"),0);
                close(new_socket);
                break;
            }
        }
    }
    
    for(i=0;i<QUEUE_LENGTH;i++){
        if(client_socket[i]!=0)
            close(client_socket[i]);
    }
    
}

 原始套接字技术：

　　原始套接字是一种套接字底层技术，它工作在网络层。利用原始套接字可以完成如下功能。

• 　　设置网卡为混杂模式，嗅探当前网路流经本网卡的所有数据包。
• 　　构造各种数据包（IP，ICMP，TCP，UDP等），并进行发送。
• 　　进行新协议的验证。 

　　原始套接字可用于木马中的通信模块，伪造IP地址，拒绝服务攻击，数据包嗅探。

原始套接字的创建：

int rawsock=socket(AF_INET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP));
//可以获取IP层的所有数据报文

htons参数的可选值及其意义

协议码	协议名
IPPROTO_ICMP	ICMP协议
ETH_P_IP	IP协议
IPPROTO_TCP	TCP协议
IPPROTO_UDP	UDP协议
IPPROTO_IPV6	IPv6协议
IPPROTO_EGP	EGP协议

数据发送：

　　在原始套接字中，执行数据发送前要条用setsocketopt函数进行套接字的首部设定：

int opt;
setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &opt, sizeof(opt));

例子：

//利用原始套接字实现一个简单的采集网络数据包，并进行反向解析IP，MAC地址
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <linux/if_ether.h>
#include <linux/in.h>

#define BUFFER_MAX 2048

int main(int argc, char **argv)
{
    int rawsock;
    char buffer[BUFFER_MAX];
    char *ethhead;
    char *iphead;
    char *phead;
    
    //创建原始套接字
    if((rawsock=socket(PF_PACKET,SOCK_RAW,htons(ETH_P_IP)))<0){
        printf("error:create raw socket!\n");
        exit(0);
    }
    
    long framecount =0;
    
    while(1){
        int readnum = recvfrom(rawsock,buffer,2048,0,NULL,NULL);
        
        if(readnum<42){
            printf("error:header is incomplete!\n");
            exit(0);
        }
        
        ethhead=(char*)buffer;
        phead=ethhead;
        int ethernetmask=0XFF;
        framecount++;
        
        printf("---------------AnalysisiPacket[%d]---------------\n",framecount);
        printf("MAC:");
        int i=6;
        for(;i<=11;i++)
            printf("%.2X:",phead[i]&ethernetmask);
        printf("------->");
        for(i=0;i<=5;i++)
            printf("%.2X:",phead[i]&ethernetmask);
        printf("\n");
        
        iphead=ethhead+14;
        phead=iphead+12;
        
        printf("IP:");
        for(i=0;i<=3;i++){
            printf("%d",phead[i]&ethernetmask);
            if(i!=3)
                printf(".");
        }
        printf("------->");
        for(i=4;i<=7;i++){
            printf("%d",phead[i]&ethernetmask);
            if(i!=7)
                printf(".");
        }
        printf("\n");
        
        int prototype=(iphead+9)[0];
        phead=iphead+20;
        
        printf("Protocol:");
        switch(prototype){
        case IPPROTO_ICMP:
            printf("ICMP\n");
            break;
        case IPPROTO_IGMP:
            printf("IGMP\n");
            break;
        case IPPROTO_IPIP:
            printf("IP");
            break;
        case IPPROTO_TCP:
            printf("TCP|source port: %u |",(phead[0]<<8)&0XFF00|phead[1]&0XFF);
            printf("destport: %u\n",(phead[2]<<8)&0XFF00|phead[3]&0XFF);
            break;
        case IPPROTO_UDP:
            printf("UDP|source port: %u |",(phead[0]<<8)&0XFF00|phead[1]&0XFF);
            printf("destport: %u\n",(phead[2]<<8)&0XFF00|phead[3]&0XFF);
            break;
        case IPPROTO_RAW:
            printf("RAW\n");
            break;
        default:
            printf("Unkown\n");    
        }
        printf("-----------------end--------------------");
    }
    
    return 0;
}

广播技术：

　　ARP（Address Resolution Protocol）和NTP（Network Time Protocol）都属于广播通信。

 　  ARP是局域网中的地址解析协议，利用这个协议，可以找出IP地址到MAC地址的映射关系。当主机A准备与主机B通信时，如果只知道主机B的IP地址，则主机A向整个全网发送一个ARP请求，询问IP地址为XXXX的主机，如果主机B收到就会产生回应。

　　NTP是网络时间协议。在支持广播的局域网中设置NTP协议，可以使NTP服务器每隔一个固定的时间间隔，就向全网发送时间信息，客户端在收到时间信息后进行更新处理。

原理解析：

　　要进行广播通信，首先要理解广播地址。在IP地址中，如果最后一个数字是255，则一定是一个广播地址。

• 网络广播地址：网络广播地址在没有进行子网划分的网络内广播，由于当强的网络均涉及子网划分，故此种地址很少存在
• 受限广播地址：以255.255.255.255组成的广播地址，在当前路由器均不转发此类广播
• 子网广播地址：子网广播地址是一种常用的广播方式，它是指在一个具体的子网内进行广播，比如192.168是网络ID，那么192.168.1.255就是子网192.168.1的广播
• 全部子网广播地址：是指所有子网络的广播，以上一个为例，全部子网广播地址是192.168.255.255 

广播要采用UDP的方式，具体流程如下：

1. 创建UDP套接字
2. 设置套接字属性为SO_BROADCAST，设置为广播地址
3. 设置广播地址为INADDR_BROADCAST，同时也要指定发送端口
4. 进行数据收发操作

例子：

//bserver.c
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>

#define BUFFSIZE 200
#define PORT 5050

int main(int argc, char **argv)
{
    int serversocket;
    struct sockaddr_in serveraddress,clientaddress;
    
    int so_broadcast=1;

    
    if((serversocket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){
        perror("socket");
        return 0;
    }
    
    if(setsockopt(serversocket,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&so_broadcast,sizeof(so_broadcast))<0){
        perror("setsockopt");
        return 0;
    }
    
    serveraddress.sin_family=AF_INET;
    serveraddress.sin_port=htons(INADDR_ANY);
    serveraddress.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_BROADCAST);
    
    if(bind(serversocket,(struct sockaddr*)&serveraddress,sizeof(struct sockaddr))<0){
        perror("bind");
        return 0;
    }
    
    clientaddress.sin_family=AF_INET;
    clientaddress.sin_port=htons(PORT);
    clientaddress.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_BROADCAST);
    
    while(1){
        char buf[BUFFSIZE];
        printf("please input your word:");
        scanf("%s",buf);
        if(sendto(serversocket,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&clientaddress,sizeof(clientaddress))<0){
            perror("sendto");
            return 0;
        }
        else
            printf("send msg: %s\n",buf);
    }
    
    return 0;
}

//bclient.c
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>

int main(int argc, char **argv)
{
    int clientsocket;
    struct sockaddr_in serveraddress,clientaddress;
    
    clientsocket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    
    serveraddress.sin_family=AF_INET;
    serveraddress.sin_port=htons(5050);
    serveraddress.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    
    int opt=1;
    if(setsockopt(clientsocket,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt))<0){
        perror("setsockopt");
        return 0;
    }
    
    if(bind(clientsocket,(struct sockaddr*)&serveraddress,sizeof(struct sockaddr))!=0){
        perror("bind");
        return 0;
    }
    
    char buf[200];
    
    while(1){
        memset(buf,0,200);
        int size=0;
        size=recvfrom(clientsocket,buf,200,0,(struct sockaddr*)&serveraddress,sizeof(serveraddress));
        buf[size]='\0';
        printf("IP:%s msg:%s\n",inet_ntoa(clientaddress.sin_addr),buf);
        
        if(strcmp(buf,"quit")==0){
            printf("system quit!\n");
            close(clientsocket);
            return 0;
        }
    }
    
    return 0;
}

组播技术：

　　组播可以实现小范围内的互联，在发送者和每一个接受者之间时间点对多点的网络连接，是广播通信的一种变种。

　　根据IP地址的规定，D类地址为组播地址，其网络号为固定的1110,第4到31位定义了某一特殊的组播地址，范围为244.0.0.0～239.255.255.255。其中244.0.0.0～244.0.0.255的地址，它们大多是为了特殊的目的保留的，不建议使用。

套接字的基本属性：组播参数对应5个参数，通过setsockopt设置

//加入组播
int setsockopt(client_socket,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&multiaddress,sizeof(multiaddress))

//退出组播
int setsockopt(client_socket,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&multiaddress,sizeof(multiaddress))

//这里有一个重要的参数multiaddress，结构：
struct ip_mreq{
    struct in_addr imr_multiaddr;        //组播地址
    struct in_addr imr_interface;          //IPv4地址
}

主要流程：

1. 服务器端设置一个多播地址，创建一个多播组。
2. 客户端指定多播地址，加入多播。
3. 程序结束后，退出多播。

例子：

//memberServer.c

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

int main(int argc, char **argv)
{
    int server_socket;
    struct sockaddr_in address;
    
    //创建UDP
    server_socket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    if(server_socket<0){
        perror("socket");
        return 0;
    }
    
    //初始化多播地址
    memset(&address,0,sizeof(address));
    address.sin_family=AF_INET;
    address.sin_port=htons(5555);
    address.sin_addr.s_addr=inet_addr("224.0.1.100");
    
    //发送信息
    while(1){
        char buf[200];
        printf("input your word:");
        scanf("%s",buf);
        if(sendto(server_socket,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)&address,sizeof(address))<0){
            perror("sendto");
            return 0;
        }
    }
    
    return 0;
}

//memberClient.c

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

int main(int argc, char **argv)
{
    struct ip_mreq mreq;
    int serveraddress_len;
    int client_socket;
    struct sockaddr_in serveraddress;
    
    //初始化地址
    memset(&serveraddress,0,sizeof(serveraddress));
    serveraddress.sin_family=AF_INET;
    serveraddress.sin_port=htons(5555);
    serveraddress.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    
    if((client_socket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){
        perror("client");
        return 0;
    }
    
    //绑定SOCKET
    if(bind(client_socket,(struct sockaddr*)&serveraddress,sizeof(serveraddress))<0){
        printf("bind");
        return 0;
    }
    
    int opt=1;
    if(setsockopt(client_socket,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt))<0){
        printf("setsockopt1");
        return 0;
    }
    
    //加入多播
    mreq.imr_multiaddr.s_addr=inet_addr("244.0.1.100");
    mreq.imr_interface.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    
    if(setsockopt(client_socket,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq))<0){
        perror("setsockopt2");
        return 0;
    }
    
    while(1){
        char buf[200];
        serveraddress_len=sizeof(serveraddress);
        if(recvfrom(client_socket,buf,200,0,(struct sockaddr*)&serveraddress,(socklen_t *)serveraddress_len)<0){
            perror("recvfrom");
        }
        printf("msg from server: %s\n",buf);
        
        if(strcmp(buf,"quit")==0){
            if(setsockopt(client_socket,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq))<0){
                perror("setsokopt3");
            }
            close(client_socket);
            return 0;
        }
    }
    
    return 0;
}