Linux Socket網絡編程基礎

TCP: Transmission Control Protocol，傳輸控制協議,類似於打電話
UDP: User Datagram Protocol，用戶數據報協議,類似於寫信
IP: Internet Protocol互聯網協議,是上述兩種協議的底層協議

IP地址(IP Address)

該設備在互聯網中的唯一標識, 本質就是由32位二進制組成的整數(0~4294967295)(ipv4),也有128位二進制組成的整數（ipv6）,日常生活中, 采用點分十進制表示法來描述IP地址, 就是將每個字節的二進制轉換為一個十進制的整數, 不同的整數之間用小數點分隔0x01020304 => 1.2.3.4(整數=>字符串)
IP地址==網絡地址+主機地址, 根據網絡地址和主機地址的位數不同,分為以下4類
A類：0+7位網絡地址+24位主機地址
B類：10+14位網絡地址+16位主機地址
C類：110+21位網絡地址+8位主機地址
D類：1110+28位多播地址

• 網絡地址位數越多, 網絡個數越多, 但是每個網絡的主機個數比較少
• 當下的技術為了延長ipv4的使用壽命, 這種分類已經不適用了

端口號(Port Number)

網絡編程需要提供: IP地址+端口號
IP地址(IP Address) :可以定位到具體的某台設備中
端口號(port number) :可以定位到具體的某個進程中，端口號是unsigned short, So 表示的范圍是0~65535, 其中0~1024之間的端口號被系統占用, 因此編程中需要從1025起開始使用

字節序(byte order):

小端系統 :將低位數據存放在低位內存地址的系統
大端系統 :將低位數據存放在高位內存地址的系統
eg:對於數據0x12345678:
小端系統按照地址從小到大依次存放次序:0x78,0x56,0x34,0x12 (是78而不是87是因為最小單位是byte)
大端系統按照地址從小到大依次存放次序:0x12,0x34,0x56,0x78

• 為了實現不同主機之間的通信, 一般會將所有發送到網絡中的多字節整數先轉換為網絡字節序再發送, 而將所有從網絡中接受到的多字節整數先轉換為主機字節序(本機)再解析, 而網絡字節序本質就是大端系統的字節序

頭文件

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

htonl()/htons()/ntohl()/ntohs()

//主機和網絡字節序轉換
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);converts the unsigned integer hostlong from  host byte order to network byte order.
uint16_t htons(uint16_t hostshort);converts the unsigned short integer hostshort from host byte order to network byte order.
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);  converts the unsigned integer netlong from network byte order to host byte order.
uint16_t ntohs(uint16_t netshort); converts the unsigned short integer netshort from network byte order to host byte

inet_aton()/inet_addr()/inet_lnaof()/inet_netof()/inet_network()/inet_ntoa()/inet_makeaddr()

//IP地址格式轉換，返回對應格式的IP地址
int     ·   inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
in_addr_t   inet_addr(const char *cp);          //將字符串形式的IP地址轉換為整數類型
in_addr_t   inet_lnaof(struct in_addr in);
in_addr_t   inet_netof(struct in_addr in);
in_addr_t   inet_network(const char *cp);
char*       inet_ntoa(struct in_addr in);       //將結構體類型的IP地址轉換為字符串類型
struct in_addr inet_makeaddr(int net, int host);

socket()

//創建網絡端點，返回socket文件描述符，失敗返回-1設errno
int socket(int domain, int type, int protocol);

domain :協議族(protocol family)(網絡通訊(IP)還是本地通訊(xxx.socket))

• AF_LOCAL本地通訊/AF_UNIX/
• AF_INET用於實現給予ipv4網絡協議的網絡協議
• AF_INET6用於實現給予ipv6網絡協議的網絡協議
• AF_IPXIPX - Novell protocols
• AF_NETLINKKernel user interface device
• AF_X25 ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol
• AF_AX25 Amateur radio AX.25 protocol
• AF_ATMPVC Access to raw ATM PVCs
• AF_APPLETALK Appletalk
• AF_PACKET Low level packet interface

type :協議(TCP還是UDP)

• SOCK_STREAM //實現包括但不限於TCP協議,which is有序,可靠雙向面向連接的字節流通信方式
• SOCK_DGRAM //實現包括但不限於UDP協議, which is不可靠,無連接的數據報通信方式
• SOCK_SEQPACKET
• SOCK_RAW
• SOCK_RDM
• SOCK_PACKET

protocol: 特殊協議, 一般給0

准備通信地址:

struct sockaddr{    //主要用於函數的形參類型, 很少定義結構體變量使用, 叫做通用的通信地址類型//$man bind
    sa_family_t     sa_family;
    char            sa_data[14];
}
struct sockaddr_un{ //准備本地通信的通信地址   //$man un.h
    sa_family_t     sun_family;//協議族,就是socket()的domain的AF_LOCAL
    char            sun_path[];//文件的路徑
}
struct sockaddr_in{ //准備網絡通信的通信地址   //$man in.h
    sa_family_t sin_family;     //協議族, 就是socket()的domain的AF_INET
    in_port_t       sin_port;   //端口號
    struct in_addr  sin_addr;   //IP地址
}
struct in_addr{ 
in_addr_t   s_addr;     //整數類型的IP地址
}

bind():

//把通信地址和socket文件描述符綁定，用在服務器端，成功返回0,失敗返回-1設errno
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd: socket文件的fd(returned by socket())
addr: 需要強制類型轉換成socketaddr_un或soketaddr_in, 參見上
addrlen: 通信地址的大小, 使用sizeof();

connect():

//初始化一個socket的連接，用在客戶端，成功返回0,失敗返回-1設errno
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd: socket文件的fd(returned by socket())
addr: 需要強制類型轉換成socketaddr_un或soketaddr_in, 參見上
addrlen: 通信地址的大小, 使用sizeof();

例子

//xxx.socket/1vs1 , server

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/un.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main(){
    //1. create socket
    int sockfd=socket(AF_LOCAL,SOCK_DGRAM,0);   
    if(-1==sockfd)
        perror("socket"),exit(-1);
    printf("create socket successfully\n");

    //2. prepare communication addr
    struct sockaddr_un addr;
    addr.sun_family=AF_LOCAL;
    strcpy(addr.sun_path,"a.sock"); //會自動創建a.sock文件
    
    //3. bind socket and addr
    int res=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));      //客戶端是connect()
    if(-1==res)
        perror("bind"),exit(-1);
    printf("bind successfully\n");
    
    //4. communicate
    char buf[100]={0};
    res=read(sockfd,&buf,sizeof(buf));                          //客戶端是write()
    if(-1==res)
        perror("read"),exit(-1);
    printf("data sent by client:%s,size is %d\n",buf,sizeof(buf));

    //5. close socket
    res=close(sockfd);
    if(-1==res)
        perror("close"),exit(-1);
    printf("close successfully\n");
    return 0;
}

//IP/1vs1,server

#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main(){
    //1. create socket
    int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);    
    if(-1==sockfd)
        perror("socket"),exit(-1);
    printf("create socket successfully\n");

    //2. prepare communication addr
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family=AF_INET;
    addr.sin_port=htons(8888);  
                //轉化端口號為網絡字節序               //1~1024被系統占用,這裡隨便給個8888    addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("176.43.1.34");
                        //轉化字符串IP為整數IP          //客戶端也寫這個服務器的地址

    //3. bind socket and addr
    int res=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));  //客戶端是connect()
    if(-1==res)
        perror("bind"),exit(-1);
    printf("bind successfully\n");

    //4. communicate
    char buf[100]={0};
    res=read(sockfd,&buf,sizeof(buf));                      //客戶端是write()
    if(-1==res)
        perror("read"),exit(-1);
    printf("data sent by client:%s,size is %d\n",buf,sizeof(buf));

    //5. close socket
    res=close(sockfd);
    if(-1==res)
        perror("close"),exit(-1);
    printf("close successfully\n");
    return 0;
}