socket网络编程之TCP、UDP
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之前说的用于进程间通信的几种方式：消息signal、管道pipe、消息队列msg、共享内存shm、信号量sem。都只适用于一台主机上的进程间通信，那么如何实现两台计算机之间的进程通信呢？所以，来了解一下异地进程通信。
1 异地进程通信
- 协议层为双方的主机通信进程分配“端口”和缓冲区，以便异地进程间的通信。
1.1TCP/IP协议
以下是OSI参考模型与TCP/IP参考模型的对应关系：
1.1.1 TCP/IP协议族
TCP/IP 协议组大体上分为三部分：
1．Internet 协议（IP）2．传输控制协议（TCP）和用户数据报文协议（UDP）3．处于TCP 和UDP 之上的一组协议专门开发的应用程序。它们包括：TELNET，文件传送协议（FTP），域名服务（DNS）和简单的邮件传送程序（SMTP）等许多协议。应用层协议 - Telnet
- 文件传送协议（FTP和TFTP）
- 简单的文件传送协议（SMTP）
- 域名服务（DNS）等协议
2 网络编程基础
- socket标准被扩展成window socket和unix socket
- linux中的网络编程通过socket接口实现。
- Socket既是一种特殊的IO，它也是一种文件描述符。
- 一个完整的Socket 都有一个相关描述{协议，本地地址，本地端口，远程地址，远程端口}；每一个Socket 有一个本地的唯一Socket 号，由操作系统分配。
2.1 SOCKET分类
流式套接字（SOCK_STREAM）
流式的套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。它使用了TCP协议。TCP 保证了数据传输的正确性和顺序性。数据报套接字（SOCK_DGRAM）数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠，无差错。使用数据报协议UDP协议。原始套接字。原始套接字允许对低层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议实现的测试等。2.2 编程流程
TCP
UDP
具体函数的用法，就自己man了。 2.2.1 套接字地址结构
重点讲一下套接字地址结构：
#include < netinet/in.h>struct sockaddr{unsigned short sa_family; /* address族, AF_xxx */char sa_data[14]; /* 14 bytes的协议地址 */}; - sa_family的取值，一般来说，IPV4使用“AF_INET”
- sa_data包含了一些远程电脑的地址、端口和套接字的数目，里面的数据是杂溶在一起的。一般我们不用这个结构体，因为我们一般使用的地址都是IP+端口号。比如：IP192.168.159.2 port3306 。这样来记录地址。所以一般使用下面这个地址结构，而知数据类型是等效的，可以互相转换。
#include < netinet/in.h>struct sockaddr_in {short int sin_family; /* Internet地址族 */unsigned short int sin_port; /* 端口号 */struct in_addr sin_addr; /* Internet地址 */unsigned char sin_zero[8]; /* 添0（和struct sockaddr一样大小）*/};2.2.2 字节序列转换
- 因为每一个机器内部对变量的字节存储顺序不同（有的系统是高位在前，底位在后，而有的系统是底位在前，高位在后 )，而网络传输的数据大家是一定要统一顺序的。所以对与内部字节表示顺序和网络字节顺序不同的机器，就一定要对数据进行转换。
- htons()——“Host to Network Short” 主机字节顺序转换为网络字节顺序（对无符号短型进行操作2bytes）
- htonl()——“Host to Network Long” 主机字节顺序转换为网络字节顺序（对无符号长型进行操作4bytes）
- ntohs()——“Network to Host Short”网络字节顺序转换为主机字节顺序（对无符号短型进行操作2bytes）
- ntohl()——“Network to Host Long ”网络字节顺序转换为主机字节顺序（对无符号长型进行操作4bytes）
2.2.3地址格式转换
-linux提供将点分格式的地址转于长整型数之间的转换函数。
- inet_addr()能够把一个用数字和点表示IP 地址的字符串转换成一个无符号长整型。
-
inet_ntoa()能够把网络字节顺序转换为地址结构的数据。
2.2.4基本套接字调用
socket() bind() connect()
listen() accept() send() recv() sendto() shutdown()recvfrom() close() getsockopt() setsockopt() getpeername()getsockname() gethostbyname()gethostbyaddr() getprotobyname()fcntl()练习1-TCP
TCP连接，等待客户端输入，将内容发送给服务器，并获取客户端地址。
这里，getsocketname()表示获得本地（自己）的地址；getpeername()表示获得连接上的客户端的地址（源IP地址）。<br>server.c#include < sys/types.h> #include < sys/socket.h>#include < netinet/in.h> //sockaddr_in#include < stdio.h>#include < string.h>int main(){ int fd; int clientfd; int ret; pid_t pid; int addrLen = 0; char acbuf[20] = ""; struct sockaddr_in addr = {0}; //自己的地址 struct sockaddr_in clientAddr = {0}; //连上的客户端的地址 //1.socket() fd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0); if(fd == -1) { perror("socket"); return -1; } //2.bind() addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(1234); addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.159.6"); ret = bind(fd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); if(ret == -1) { perror("bind"); return -1; } //3.listen() ret = listen(fd,10); if(ret == -1) { perror("listen"); return -1; } //4.阻塞 等待 accept() clientfd = accept(fd,NULL,NULL); if(clientfd == -1) { perror("accept"); return -1; }//获取客户端地址addrLen = sizeof(struct sockaddr_in);ret = getpeername(clientfd, (struct sockaddr *)&clientAddr, &addrLen);if(ret == -1){ perror("getpeername"); return -1;}printf("client login.\nip: %s , port: %d\n",inet_ntoa(clientAddr.sin_addr),ntohs(clientAddr.sin_port));//5.通信while(1){ memset(acbuf,0,20); if (read(clientfd,acbuf,20) > 0) { printf("receive: %s\n",acbuf); }}//6.close()close(fd);return 0;}
client.c
#include#include #include //sockaddr_in#include #include int main(){ int fd; int ret; char acbuf[20] = ""; struct sockaddr_in serAddr = {0}; //1.socket(); fd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0); if(fd == -1) { perror("socket"); return -1; } //2.连接connect() 服务器的地址 serAddr.sin_family = AF_INET; serAddr.sin_port = htons(1234); serAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.159.6"); ret = connect(fd,(struct sockaddr *)&serAddr,sizeof(struct sockaddr_in)); if(ret == -1) { perror("connect"); return -1; } //3.通信 while(1) { printf("send: "); fflush(stdout); scanf("%s",acbuf); if(strcmp(acbuf,"exit") == 0) { break; } write(fd,acbuf,strlen(acbuf)); } //4.close() close(fd); return 0;}
运行结果：
做个改进，以上代码，只能一个客户端连接上。因为TCP是基于点对点的，一个accept()对应一个connnect()。要想连接多个客户端，就得使用fork(），一个进程用来专门阻塞等待客户端的连接，一个用来处理与已连接上客户端的通信。代码如下： server.c
int main() { int fd; int clientfd; int ret; pid_t pid; int addrLen = 0; char acbuf[20] = ""; char client_addr[100] = ""; struct sockaddr_in addr = {0}; //自己的地址 struct sockaddr_in clientAddr = {0}; //连上的客户端的地址 signal(SIGCHILD,SIG_IGN); //1.socket() fd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0); if(fd == -1) { perror("socket"); return -1; } //会出现没有活动的套接字仍然存在，会禁止绑定端口，出现错误：address already in use . //由TCP套接字TIME_WAIT引起，bind 返回 EADDRINUSE,该状态会保留2-4分钟 //if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse)) < 0) //{ // perror("setsockopet error\n"); // return -1; //} //2.bind() addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(1234); addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.159.6"); ret = bind(fd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); if(ret == -1) { perror("bind"); return -1; } //3.listen() ret = listen(fd,10); if(ret == -1) { perror("listen"); return -1; } while(1) { //4.阻塞等待 accept() clientfd = accept(fd,NULL,NULL); if(clientfd == -1) { perror("accept"); return -1; } pid = fork(); //父进程负责继续监听等待，子进程父子与已连接客户端通信 if(pid == -1) { perror("fork"); return -1; } if(pid == 0) //子进程 { //获取客户端地址 addrLen = sizeof(struct sockaddr_in); ret = getpeername(clientfd, (struct sockaddr *)&clientAddr, &addrLen); if(ret == -1) { perror("getpeername"); return -1; } sprintf(client_addr,"ip: %s , port: %d\n",\ inet_ntoa(clientAddr.sin_addr),ntohs(clientAddr.sin_port)); printf("client longin.\n%s\n",client_addr); //5.通信 while(1) { memset(acbuf,0,20); if (read(clientfd,acbuf,20) == 0) //客户端退出 { //结束相应的server进程 close(clientfd); exit(0); //僵尸进程 } printf("from %sreceive : %s\n\n",client_addr,acbuf); } } else //父进程 { //返回while，继续等待 } } //6.close() close(fd); return 0; } 这里一定要注意，每结束一个客户端，一定要关掉相应的文件描述符，并且结束掉子进程（僵尸进程），不然，随着客户端的增加，进程数会越来越大
client.cint main(){ int fd; int ret; int addrLen; char acbuf[20] = ""; struct sockaddr_in serAddr = {0}; struct sockaddr_in myAddr = {0}; //1.socket(); fd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0); if(fd == -1) { perror("socket"); return -1; } //2.连接connect() 服务器的地址 serAddr.sin_family = AF_INET; serAddr.sin_port = htons(1234); serAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.159.6"); ret = connect(fd,(struct sockaddr *)&serAddr,sizeof(struct sockaddr_in)); if(ret == -1) { perror("connect"); return -1; } //获取自己的地址 addrLen = sizeof(struct sockaddr_in); ret = getsockname(fd,(struct sockaddr *)&myAddr,&addrLen); if(ret == -1) { perror("getsockname"); return -1; } printf("client---ip: %s , port: %d\n",\ inet_ntoa(myAddr.sin_addr),ntohs(myAddr.sin_port)); //3.通信 while(1) { printf("send: "); fflush(stdout); scanf("%s",acbuf); if(strcmp(acbuf,"exit") == 0) { break; } write(fd,acbuf,strlen(acbuf)); } //4.close() close(fd); return 0;} 运行结果：
练习2-UDP
使用UDP连接，完成上述内容。但是发现，使用UDP，因为是面向无连接的，所以在没有收到或者发送包之前，是无法得知源IP地址的。
那UDP如何知道客户端的IP地址和端口呢？1、由客户端显示地高速服务器IP地址和端口，发消息。2、隐式的。服务器从收到的包头中得到源IP和端口号。server.cint main(){ int sockfd; int ret; char acbuf[20] = ""; char client_addr[100] = ""; struct sockaddr_in addr = {0}; struct sockaddr_in clientAddr = {0}; int addrLen = sizeof(struct sockaddr_in); int reuse = 0; //1.socket() sockfd = socket(PF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(sockfd == -1) { perror("socket"); return -1; } //2.bind() addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(1235); addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,addrLen); if(ret == -1) { perror("bind"); return -1; } //3.通信 while(1) { memset(acbuf,0,20); if(recvfrom(sockfd, acbuf, 100,0,(struct sockaddr *)&clientAddr,&addrLen) == -1) { perror("recvfrom"); return -1; } //收到客户端的数据包之后，就可以知道客户端地址 sprintf(client_addr," ip: %s , port: %d\n",\ inet_ntoa(clientAddr.sin_addr),ntohs(clientAddr.sin_port)); printf("receive from %s: %s\n",client_addr,acbuf); } //4.close close(sockfd); return 0;} client.c
int main(){ int sockfd; int ret; int addrLen = sizeof(struct sockaddr_in); char acbuf[20] = ""; struct sockaddr_in serAddr = {0}; struct sockaddr_in myAddr = {0}; //1.socket() sockfd = socket(PF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(sockfd == -1) { perror("socket"); return -1; } serAddr.sin_family = AF_INET; serAddr.sin_port = htons(1235); serAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //2.通信 while(1) { printf("send: "); fflush(stdout); scanf("%s",acbuf); if(strcmp(acbuf,"exit") == 0) { break; } sendto(sockfd, acbuf, 20,0,(struct sockaddr *)&serAddr,addrLen); //获取自己的地址 ret = getsockname(sockfd,(struct sockaddr *)&myAddr,&addrLen); if(ret == -1) { perror("getsockname"); return -1; } printf("client---ip: %s , port: %d\n\n",\ inet_ntoa(myAddr.sin_addr),ntohs(myAddr.sin_port)); } //3.close close(sockfd); return 0;} 运行结果：
会发现，此时是可以直接运行多个客户端的，因为，UDP是面向无连接的，可以是一对多，多对一，多对多的，只要客户端知道服务器地址，就可以连上。<br>Ps:本人理解有限，还未学习完，有错请指出。 转载于:https://blog.51cto.com/13097817/2053955
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