网络通讯
TCP：
Transmission Control Protocol 传输控制协议TCP是一种面向连接（连接导向）的、可靠的、基于字节流的运输层（Transport layer）通信协议，在 OSI模型中，它完成第四层传输层所指定的功能。
在网络通讯时我们需要用到套接字，Socket（套接字）实质上提供了进程通信的端点.进程通信之前，双方首先必须各自的一个端点，否则是没有办法通信的。通过socket将IP地址和端口绑定之后，客户端就可以和服务器通信了
一、网络通讯相关函数
1、socket
函数原型
int socket(int domain, int type, int protocol);
所需头文件
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
返回值：
成功：返回套接字文件描述符
失败：-1
参数：
domain：通信域，确定通信特性,包括地址格式
域 描述
AF_INET IPv4因特网域
AF_INET6 IPv6因特网域
AF_UNIX UNIX域
AF_UNSPEC 未指定
type：套接字类型
类型 描述
SOCK_DGRAM 长度固定的、无连接的不可靠报文传输
SOCK_RAW IP协议的数据报接口
SOCK_SEQPACKET 长度固定、有序、可靠的面向连接报文传递
SOCK_STREAM 有序、可靠、双向的面向连接的字节流
protocol：指定相应的传输协议，也就是诸如TCP或UDP协议等等，系统针对每一个协议簇与类型提供了一个默认的协议，我们通过把protocol设置为0来使用这个默认的值。
例如建立TCP协议的套接字：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1)
{
printf("creat socket fail\n");
return -1;
}
else
{
printf("creat socket success,socket = %d\n",socket);
}
close(sockfd);
return 0;
}
2、bind
作用：绑定服务器的地址和端口到socket，这样做就是让客户端来发现用以连接的服务器的地址
函数原型
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
所需头文件
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
返回值：
成功：0
失败：-1
参数：
sockfd： 服务器socket所创建的文件描述符
addr： 服务器的地址，对于因特网域，如果设置地址为INADDR_ANY，套接字可以绑定到所有的网络端口。这意味着可以收到这个系统所有网卡的数据包。一般我们在使用sockaddr_in类型的结构体代替sockaddr结构体
addrlen：addr的长度
以下两者可以强制转换
struct sockaddr
{
unsigned short sa_family;
char sa_data[14];
};
#include <arpa/inet.h>
struct sockaddr_in
{
short int sin_family;
unsigned short int sin_port;
struct in_addr sin_addr;
unsigned char sin_zero[8];
};
typedef struct in_addr {
union {
struct{
unsigned char s_b1,
s_b2,
s_b3,
s_b4;
} S_un_b;
struct {
unsigned short s_w1,
s_w2;
} S_un_w;
unsigned long s_addr;
} S_un;
} IN_ADDR;
例如：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1)
{
printf("creat socket fail\n");
return -1;
}
else
{
printf("creat socket success,socket = %d\n",socket);
}
struct sockaddr_in myadd;
myadd.sin_family = AF_INET;
myadd.sin_port = htons(5000);
myadd.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int bindret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myadd,sizeof(struct sockaddr));
if(bindret == -1)
{
printf("bind fail\n");
close(sockfd);
return -2;
}
else
{
printf("bind success\n");
}
close(sockfd);
return 0;
}
注意：IP地址通常由数字加点(192.168.0.1)的形式表示，而在struct in_addr中使用的IP地址是由32位的整数表示的，为了转换我们可以使用下面函数：
int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp)
char *inet_ntoa(struct in_addr in)
unsigned long inet_addr(const char* cp); //cp代表点分十进制的IP地址，如1.2.3.4
函数里面a 代表ascii ，n 代表network。inet_aton是将a.b.c.d形式的IP转换为32位的IP,存储在inp指针里面。inet_ntoa是将32位IP转换为a.b.c.d的格式。字节序转换
不同类型的CPU 对变量的字节存储顺序可能不同：有的系统是高位在前，低位在后，而有的系统是低位在前，高位在后，而网络传输的数据顺序是一定要是统一的。所以当内部字节存储顺序和网络字节序（ big endian ）不同时，就一定要进行转换。
字节序转换，32bit的整数(0x01234567)从地址0x100开始：
htons //把unsigned short类型从主机序转换到网络序
htonl //把unsigned long类型从主机序转换到网络序
ntohs //把unsigned short类型从网络序转换到主机序
ntohl //把unsigned long类型从网络序转换到主机序
3、connect
作用：客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。实际是发起3次握手过程
函数原型
int connect (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
所需头文件
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
返回值：
成功：0
失败：-1
参数：
sockfd：socket描述符
addr：存储服务器IP地址和端口信息的结构
addrlen：地址缓冲区的长度，应该是sizeof(struct sockaddr)。
例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1)
{
printf("creat socket fail\n");
return -1;
}
else
{
printf("creat socket success,sockfd = %d\n",socket);
}
struct sockaddr_in cliadd;
cliadd.sin_family = AF_INET;
cliadd.sin_port = htons(5000);
cliadd.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
int con = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&cliadd,sizeof(struct sockaddr));
if(con == -1)
{
printf("client connect server fail\n");
close(sockfd);
return -2;
}
else
{
printf("client connect server success\n");
}
close(sockfd);
return 0;
}
4、listen
作用：用来监听socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，函数listen()会将套接口转换为被动式套接字，指示内核接受向此套接字的连接请求，调用此系统调用后tcp 状态机由close转换到listen
函数原型
int listen(int sockfd, int backlog);
所需头文件
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
返回值：
成功：0
失败：-1
参数：
sockfd：一个套接字描述符，为要监听的socket描述字。
backlog：指定了内核为此套接字排队的最大连接个数。即当系统还没有调用accept()函数的时候，如果有很多连接，那么本地能够等待的最大数目
例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#define MAX 10
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1)
{
printf("creat socket fail\n");
return -1;
}
else
{
printf("creat socket success,socket = %d\n",socket);
}
struct sockaddr_in myadd;
myadd.sin_family = AF_INET;
myadd.sin_port = htons(5000);
myadd.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int bindret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myadd,sizeof(struct sockaddr));
if(bindret == -1)
{
printf("bind fail\n");
close(sockfd);
return -2;
}
else
{
printf("bind success\n");
}
int listenret = listen(sockfd,MAX);
if(listenret == -1)
{
printf("listen error\n");
close(sockfd);
return -3;
}
else
{
printf("listen success\n");
}
close(sockfd);
return 0;
}
5、accept
作用：仅被TCP类型的服务器程序调用。从已完成连接队列返回下一个建立成功的连接，如果已完成连接队列为空，线程进入阻塞态睡眠状态。如果accpet()执行成功，返回由内核生成的一个新的socket描述符（已连接套接字），用它代表与客户端的TCP连接。一个服务器通常只有1个监听套接字，它在该服务器的生命周期内一直存在。服务器内核为每一个服务端接受的客户端连接维护1个已连接套接字，用它实现数据双向通信。当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。
函数原型
int accept (int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
所需头文件
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
返回值：
成功：返回由内核生成的一个新的socket描述符（已连接套接字），用它代表与客户端的TCP连接
失败：-1
参数：
sockfd：服务器的socket()函数返回的描述符，即监听套接字
addr ：输出的一个sockaddr_in变量地址，该变量用来存放发起连接请求的客户端的协议地址
addrlen：sizeof(struct sockaddr_in)，作为输入时指明缓冲器的长度，作为输出时指明addr的实际长度
例：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#define MAX 10
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1)
{
printf("creat socket fail\n");
return -1;
}
else
{
printf("creat socket success,socket = %d\n",socket);
}
struct sockaddr_in myadd,usradd;
myadd.sin_family = AF_INET;
myadd.sin_port = htons(5000);
myadd.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int bindret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myadd,sizeof(struct sockaddr));
if(bindret == -1)
{
printf("bind fail\n");
close(sockfd);
return -2;
}
else
{
printf("bind success\n");
}
int listenret = listen(sockfd,MAX);
if(listenret == -1)
{
printf("listen error\n");
close(sockfd);
return -3;
}
else
{
printf("listen success\n");
}
int len = sizeof(struct sockaddr);
int ret = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&usradd,&len);
if(ret == -1)
{
printf("accept fail\n");
close(sockfd);
return -4;
}
else
{
printf("accept success,accept's return is %d\n",ret);
}
close(ret);
close(sockfd);
return 0;
}
6、send
作用：为TCP类型的数据发送。实际是内核将用户数据拷贝至TCP套接口的发送缓冲区的过程。send先比较发送数据的长度len和套接字socket的发送缓冲的大小，若len大于发送缓冲区大小，则返回-1；否则，查看缓冲区剩余空间是否容纳得下要发送的len长度，若不够，则拷贝一部分，并返回拷贝长度，若缓冲区满，则等待发送，有剩余空间后拷贝至缓冲区
函数原型
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
所需头文件
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
返回值：
成功：返回copy的字节数
失败：若在拷贝过程出现错误，则返回-1。如果send在等待协议发送数据时出现网络断开的情况，则会返回-1
参数：
sockfd： 发送端套接字描述符（非监听描述符）。
buf： 待发送数据的缓冲区。
len：待发送数据的字节长度。
flags：调用操作方式，一般情况下置为0。
7、recv
作用：TCP类型的数据接收。recv()先等待socket的发送缓冲中的数据被协议传送完毕，从接收缓冲区拷贝数据。阻塞模式下，recv将会阻塞到缓冲区里至少有一个字节才返回，没有数据时处于休眠状态。若非阻塞，则立即返回。
函数原型
ssize_t recv(int sockfd,void *buf,int len,int flags);
所需头文件
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
返回值：
成功：返回拷贝的字节数
失败：-1
参数：
sockefd：接收端套接字描述符。
buf：接收缓冲区的基地址，该缓冲区用来存放接收到的数据。
len： 以字节计算的接收缓冲区长度。
flags：一般情况下置为0。
8、close
作用：关闭相应的socket套接字，将不会再允许进行读操作和写操作。任何有关对套接字描述符进行读和写的操作都会接收到一个错误
函数原型
int close(int fd);
所需头文件
#include <unistd.h>
返回值：
成功：0
失败：-1
参数：
fd：这里指文件描述符
二、代码示例
实现网络单方面通讯
服务端：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <string.h>
#define MAX 1
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1)
{
printf("creat socket fail\n");
return -1;
}
else
{
printf("creat socket success,socket = %d\n",socket);
}
struct sockaddr_in myadd,usradd;
myadd.sin_family = AF_INET;
myadd.sin_port = htons(5000);
myadd.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int bindret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myadd,sizeof(struct sockaddr));
if(bindret == -1)
{
printf("bind fail\n");
close(sockfd);
return -2;
}
else
{
printf("bind success\n");
}
int listenret = listen(sockfd,MAX);
if(listenret == -1)
{
printf("listen error\n");
close(sockfd);
return -3;
}
else
{
printf("listen success\n");
}
int len = sizeof(struct sockaddr);
int ret = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&usradd,&len);
if(ret == -1)
{
printf("accept fail\n");
close(sockfd);
return -4;
}
else
{
printf("accept success,accept's return is %d\n",ret);
}
char buf[128];
while(1)
{
memset(buf,0,128);
int recvret = recv(ret,buf,128,0);
if(recvret < 0)
{
printf("recv fail\n");
close(ret);
close(sockfd);
return -5;
}
printf("client send to server :\n%s",buf);
if(strncmp(buf,"end",3) == 0)
{
break;
}
}
close(ret);
close(sockfd);
return 0;
}
客户端：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
int main()
{
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd == -1)
{
printf("creat socket fail\n");
return -1;
}
else
{
printf("creat socket success,sockfd = %d\n",socket);
}
struct sockaddr_in cliadd;
cliadd.sin_family = AF_INET;
cliadd.sin_port = htons(5000);
cliadd.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
int con = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&cliadd,sizeof(struct sockaddr));
if(con == -1)
{
printf("client connect server fail\n");
close(sockfd);
return -2;
}
else
{
printf("client connect server success\n");
}
char buf[128];
while(1)
{
memset(buf,0,128);
printf("client send to server message :\n");
fgets(buf,128,stdin);
send(sockfd,buf,strlen(buf),0);
if(strncmp(buf,"end",3) == 0)
{
break;
}
}
close(sockfd);
return 0;
}