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  • Linux之socket套接字编程20160704

    介绍套接字之前,我们先看一下传输层的协议TCP与UDP:

    TCP协议与UDP协议的区别

        首先咱们弄清楚,TCP协议和UCP协议与TCP/IP协议的联系,很多人犯糊涂了,一直都是说TCP/IP协议与UDP协议的

    区别,我觉得这是没有从本质上弄清楚网络通信!

    TCP/IP协议是一个协议簇。里面包括很多协议的。UDP只是其中的一个。之所以命名为TCP/IP协议,因为TCP,IP协议是

    两个很重要的协议,就用他两命名了。

    TCP/IP协议集包括应用层,传输层,网络层,网络访问层。

    其中应用层包括:

    超文本传输协议(HTTP):万维网的基本协议.  

    文件传输(TFTP简单文件传输协议):  

    远程登录(Telnet),提供远程访问其它主机功能,它允许用户登录    

    internet主机,并在这台主机上执行命令.   

    网络管理(SNMP简单网络管理协议),该协议提供了监控网络设备的方法,以及配置管理,统计信息收集,性能管理及安全管

    理等.  

    域名系统(DNS),该系统用于在internet中将域名及其公共广播的网络节点转换成IP地址.

    其次网络层包括:   

    Internet协议(IP)    

    Internet控制信息协议(ICMP)   

    地址解析协议(ARP)   

    反向地址解析协议(RARP) 

    最后说网络访问层:网络访问层又称作主机到网络层(host-to-network).网络访问层的功能包括IP地址与物理地址硬件

    的映射,以及将IP封装成帧.基于不同硬件类型的网络接口,网络访问层定义了和物理介质的连接.

    当然我这里说得不够完善,TCP/IP协议本来就是一门学问,每一个分支都是一个很复杂的流程,但我相信每位学习软件

    开发的同学都有必要去仔细了解一番。

    下面我着重讲解一下TCP协议和UDP协议的区别。

    TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是面向连接的协议,也就是说,在收发数据前,必须和对方建

    立可靠的连接。一个TCP连接必须要经过三次“对话”才能建立起来,其中的过程非常复杂,只简单的描述下这三次对

    话的简单过程:主机A向主机B发出连接请求数据包:“我想给你发数据,可以吗?”,这是第一次对话;主机B向主机A

    发送同意连接和要求同步(同步就是两台主机一个在发送,一个在接收,协调工作)的数据包:“可以,你什么时候发

    ?”,这是第二次对话;主机A再发出一个数据包确认主机B的要求同步:“我现在就发,你接着吧!”,这是第三次对

    话。三次“对话”的目的是使数据包的发送和接收同步,经过三次“对话”之后,主机A才向主机B正式发送数据。

    详细点说就是:(文章部分转载http://zhangjiangxing-gmail-com.iteye.com,主要是这个人讲解得很到位,的确很

    容易使人理解!)

    TCP三次握手过程

    1 主机A通过向主机B 发送一个含有同步序列号的标志位的数据段给主机B ,向主机B 请求建立连接,通过这个数据段,

    主机A告诉主机B 两件事:我想要和你通信;你可以用哪个序列号作为起始数据段来回应我.

    2 主机B 收到主机A的请求后,用一个带有确认应答(ACK)和同步序列号(SYN)标志位的数据段响应主机A,也告诉主机A两

    件事:

    我已经收到你的请求了,你可以传输数据了;你要用哪佧序列号作为起始数据段来回应我

    3 主机A收到这个数据段后,再发送一个确认应答,确认已收到主机B 的数据段:"我已收到回复,我现在要开始传输实际数

    据了

    这样3次握手就完成了,主机A和主机B 就可以传输数据了.

    3次握手的特点

    没有应用层的数据

    SYN这个标志位只有在TCP建产连接时才会被置1

    握手完成后SYN标志位被置0

    TCP建立连接要进行3次握手,而断开连接要进行4次

    1 当主机A完成数据传输后,将控制位FIN置1,提出停止TCP连接的请求

    2  主机B收到FIN后对其作出响应,确认这一方向上的TCP连接将关闭,将ACK置1

    3 由B 端再提出反方向的关闭请求,将FIN置1

    4 主机A对主机B的请求进行确认,将ACK置1,双方向的关闭结束.

    由TCP的三次握手和四次断开可以看出,TCP使用面向连接的通信方式,大大提高了数据通信的可靠性,使发送数据端

    和接收端在数据正式传输前就有了交互,为数据正式传输打下了可靠的基础

    名词解释

    ACK  TCP报头的控制位之一,对数据进行确认.确认由目的端发出,用它来告诉发送端这个序列号之前的数据段

    都收到了.比如,确认号为X,则表示前X-1个数据段都收到了,只有当ACK=1时,确认号才有效,当ACK=0时,确认号无效,这时

    会要求重传数据,保证数据的完整性.

    SYN  同步序列号,TCP建立连接时将这个位置1

    FIN  发送端完成发送任务位,当TCP完成数据传输需要断开时,提出断开连接的一方将这位置1

    TCP的包头结构:

    源端口 16位

    目标端口 16位

    序列号 32位

    回应序号 32位

    TCP头长度 4位

    reserved 6位

    控制代码 6位

    窗口大小 16位

    偏移量 16位

    校验和 16位

    选项  32位(可选)

    这样我们得出了TCP包头的最小长度,为20字节。

    UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)

    (1) UDP是一个非连接的协议,传输数据之前源端和终端不建立连接,当它想传送时就简单地去抓取来自应用程序的

    数据,并尽可能快地把它扔到网络上。在发送端,UDP传送数据的速度仅仅是受应用程序生成数据的速度、计算机的能

    力和传输带宽的限制;在接收端,UDP把每个消息段放在队列中,应用程序每次从队列中读一个消息段。

    (2) 由于传输数据不建立连接,因此也就不需要维护连接状态,包括收发状态等,因此一台服务机可同时向多个客户

    机传输相同的消息。

    (3) UDP信息包的标题很短,只有8个字节,相对于TCP的20个字节信息包的额外开销很小。

    (4) 吞吐量不受拥挤控制算法的调节,只受应用软件生成数据的速率、传输带宽、源端和终端主机性能的限制。

    (5)UDP使用尽最大努力交付,即不保证可靠交付,因此主机不需要维持复杂的链接状态表(这里面有许多参数)。

    (6)UDP是面向报文的。发送方的UDP对应用程序交下来的报文,在添加首部后就向下交付给IP层。既不拆分,也不合

    并,而是保留这些报文的边界,因此,应用程序需要选择合适的报文大小。

    我们经常使用“ping”命令来测试两台主机之间TCP/IP通信是否正常,其实“ping”命令的原理就是向对方主机发送

    UDP数据包,然后对方主机确认收到数据包,如果数据包是否到达的消息及时反馈回来,那么网络就是通的。

    UDP的包头结构:

    源端口 16位

    目的端口 16位

    长度 16位

    校验和 16位

    小结TCP与UDP的区别:

    1.基于连接与无连接;

    2.对系统资源的要求(TCP较多,UDP少);

    3.UDP程序结构较简单;

    4.流模式与数据报模式 ;

    5.TCP保证数据正确性,UDP可能丢包,TCP保证数据顺序,UDP不保证。TCP失败就重传,UDP不会

    接下来,我们再看看工作在应用层的套接字编程:

    套接字是一种使用标准UNIX文件描述符(file descriptor)与其他程序通信的方式。套接字可以看作是处于不同主机之间的两个程序的通信连接端点。一方面程序将要传输的信息写入套接字中,而另一方面则通过读取套接字内的数据来获得传输的信息。

     

    图1  套接字通信示意图

    图1所示为使用套接字进行通信的示意图。假设存在两台主机A与B,在主机A中存在进程C,主机B中存在进程D,当进程C需要将数据送到进程D时,首先将数据写到套接字中,而进程D可以通过读取套接字来获得进程C发送的信息。

    在网络中,不同计算机是通过IP地址来区分的,也就 是说,要将数据由主机A发送到主机B,只要知道主机B的IP地址就可以确定数据要发送的目的地。但是,在主机A与B中不可能只有进程C和进程D两个进程。 主机B在收到主机A发送来的数据后,如何才能确定该数据是发送给进程D?因此,还需要某种标识信息,用于描述网络通信数据发往的进程。TCP/IP协议提 出了协议端口的概念,用于标识通信的进程。

    当进程与某个端口绑定后,操作系统会将收到的给该端 口的数据送往该进程。与文件描述符类似,每个端口都有被称为端口号的整数类型的标识符,该标识符用于区分不同的端口。不同协议可以使用相同的端口号进行数 据传输。例如,TCP使用了344的端口号,UDP同样可以使用344端口号进行数据传输。

    端口号为一个16位的无符号整数,其取值范围为0~65535。低于256的端口被作为系统的保留端口号,主要用于系统进程的通信,不在这一范围的端口号被称为自由端口号,可以由进程自由使用。

    主要看一下客户端的:

             retval = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));

             //(struct sockaddr*)&servaddr里 是服务器的地址,表示连接到服务器的某一个地址

    套接字

    ret = getaddrinfo(pSrvName, NULL, &hostInfo, &pAddrInfo);

    getaddrinfo函数能够处理名字到地址以及服务到端口这两种转换,返回的是一个sockaddr结构的链表而不是一个地址清单。这些sockaddr结构随后可由套接口函数直接使用

    int getaddrinfo( const char *hostname, const char *service, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **result );

    参数说明

    hostname:一个主机名或者地址串(IPv4的点分十进制串或者IPv6的16进制串)

    service:服务名可以是十进制的端口号,也可以是已定义的服务名称,如ftp、http等

    hints:可以是一个空指针,也可以是一个指向某个addrinfo结构体的指针,调用者在这个结构中填入关于期望返回的信息类型的暗示。举例来说:指定的服务既可支持TCP也可支持UDP,所以调用者可以把hints结构中的ai_socktype成员设置成SOCK_DGRAM使得返回的仅仅是适用于数据报套接口的信息。

    result:本函数通过result指针参数返回一个指向addrinfo结构体链表的指针。

    返回值:0——成功,非0——出错

    在getaddrinfo函数之前通常需要对以下6个参数进行以下设置:nodename、servname、hints的ai_flags、ai_family、ai_socktype、ai_protocol

    通常服务器端在调用getaddrinfo之前,ai_flags设置AI_PASSIVE,用于bind;主机名nodename通常会设置为NULL,返回通配地址[::]。

    如果nodename是本机名,servname为NULL,则根据操作系统的不同略有不同,地址列表加以返回

    struct sockaddr{ 

    unsigned short sa_family;

    char sa_data[14]

    };

    sa_family:用于指定地址族,如果是TCP/IP通信,该值取PF_INET。sa_data:用于保存套接字的IP地址和端口号信息

    struct sockaddr_in {

       short int sin_family;

       unsigned short int sin_port;

       struct in_addr sin_addr;

       unsigned char sin_zero[8];

      };

    l     sin_family:用于指定地址族。

    l     sin_port:套接字通信的端口号。

    l     sin_addr:通信的IP地址。

    l     sin_zero[8]:用以填充0,保持与struct sockaddr同样大小。

    由于sockaddr数据结构与sockaddr_in数据结构的大小是相同的,指向sockaddr_in的指针可以通过强制转换,转换成指向sockaddr结构的指针。

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

    socket函数用于创建通信的套接字,并返回该套接字的文件描述符。参数domain指定了通信域,该参数用于选择通信协议族参数type用于指定套接字的类型。套接字类型除了前面提到的流套接字、数据报套接字及原始套接字外,还有其他的几种类型参数protocol用于指定套接字使用的通信协议。正常情况下,对于给定的协议族,只有单一的协议支持特定的套接字类型。这时,只要将protocol参数设置为0即可

    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);

    connect函数将使用参数sockfd中的套接字连接到参数serv_addr中指定的服务器。参数addrlen为serv_addr指向的内存空间大小。

    如果参数sockfd的类型为SOCK_DGRAM,serv_addr参数为数据报发往的地址,且将只接收该地址的数据报。如果sockfd的类型为SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKET,调用该函数将连接serv_addr中的服务器地址。

    ssize_t send(int s, const void *buf, size_t len, int flags);

    send函数用于将信息发送到指定的套接字文件描述 符中。该函数只能用于已经建立连接的socket通信中,即只用于面向连接的通信中。参数s为要发送数据的套接字文件描述符。buf参数为指向要发送数据 的指针。len为要发送数据的长度。flag参数可以包含如下的参数

    ssize_t recv(int s, void *buf, size_t len, int flags);

    recv函数用于从指定套接字中获取发送的消息。与send函数一样,该函数只能用于已经建立连接的socket通信中,即只用于面向连接的通信中。参数s为要读取信息的套接字文件描述符。buf参数为指向要保存数据缓冲区的指针。而len为该缓存的最大长度。

    使用套接字除了可以实现网络间不同主机间的通信外,还可以实现同一主机的不同进程间的通信,且建立的通信是双向的通信。这里所指的使用套接字实现进程间通信,是由将通信域指定为PF_UNIX来实现的

    AF 表示ADDRESS FAMILY 地址族,PF 表示PROTOCOL FAMILY 协议族,但这两个宏定义是一样的,所以使用哪个都没有关系。Winsock2.h中#define AF_INET 2,#define PF_INET AF_INET,所以在windows中AF_INET与PF_INET完全一样。而在Unix/Linux系统中,在不同的版本中这两者有微小差别。对于BSD,是AF,对于POSIX是PF。UNIX系统支持AF_INET,AF_UNIX,AF_NS等,而DOS,Windows中仅支持AF_INET,它是网际网区域。

    AF_INET(又称 PF_INET)是 IPv4 网络协议的套接字类型,AF_INET6 则是 IPv6 的;而 AF_UNIX 则是 Unix 系统本地通信。选择AF_INET 的目的就是使用 IPv4 进行通信。因为 IPv4 使用 32 位地址,相比 IPv6 的 128 位来说,计算更快,便于用于局域网通信。而且 AF_INET 相比 AF_UNIX 更具通用性,因为 Windows 上有 AF_INET 而没有 AF_UNIX。

    2.

    SOCKET是进程间通信的一种方式,这个时候socket的创建、绑定、连接时的参数是与网络上不同主机间的通信不同的,比如对于socketaddr的使用,进程间通信使用的是sockaddr_un。而主机间的通信使用的是sockadd_in

    connect_fd = socket(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);

    if(connect_fd < 0)

    {

    perror("client create socket failed");

    return 1;}

    //set server sockaddr_un

    srv_addr.sun_family = AF_UNIX;

    strcpy(srv_addr.sun_path, UNIX_DOMAIN);

    //connect to server

    ret = connect(connect_fd, (struct sockaddr*)&srv_addr, sizeof(srv_addr));

    至于服务器的,参考下图(流套接字通信示意图):

     

    数据报套接字(udp)示意图:

    附笔者笔记:

    1.网络通信tcpudp

    2.套接字编程

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/yuweifeng/p/5641262.html
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