Linux服务器之Socket套接字基础+简单实例(网络信息结构体、大小端转换函数、SOCKET() 、绑定 BIND()、LISTEN()、ACCEPT())

2022-03-11 21:01:43

一、基本概述
1、Socket套接字是系统提供用于网络应用开发的一系列Api接口 , 各个平台语言都有对Socket套接字的支持（兼容性跨平台能力强）。
2、Linux系统下 everything its file ,所以将网络设备抽象成了文件，可以通过文件处理的方式操作访问socket进行网络通信。linux下将socket包裹成文件描述符 sockfd，它跟传统的文件描述符fd不同。传统的文件描述符fd指向磁盘io ，向磁盘中读写数据。sockfd指向网络io 向网络中读写，访问网络设备。只是借用文件描述符特性，与磁盘没有任何关系。
二、基础信息及函数
1、网络信息结构体（就是socket里面的东西）
1)可以通过自定义网络信息替换socket中的地址信息
2)双方进行网络通信，可以通过将对方的网络信息传出

struct sockaddr_in addr; //网络信息结构体（存储的都是大端序，网络字节序）
addr.sin_family = AF_INET|AF_INET6; //指定ip协议版本
addr.sin_addr.s_addr = 大端序IP地址（存储ip地址）
addr.sin_port = 大端序端口（存储端口）

2、大小端转换函数
大端序/网络字节序：低地址存储高字节，高地址存储低字节。
小端序/主机字节序：低地址存储低字节，高地址存储高字节。

#include <arpa/inet.h>

h表示host 主机 = 小端
n表示net 网络 = 大端
l = ip（long类型32位，IP就是32位）
s = port（short类型16位，端口就是16位）

大端序ip = htonl(小端序ip)
大端序端口 = htons(小端序port)
小端序ip = ntohl(大端序ip)
小端序port = ntohs(大端序端口)

但在操作系统中IP的表现形式就是一个32位数据，我们平常里看到的ip例如192.168.100.221 这种表现形式点分十进制。是为了我们方便观察，但是IP真正的存储就是一个32位的数据，我们上面的需要的传入的ip都是32位数据。但我们只知道小端字符串形式例如 192.168.11.164 ，如何转换成32位数据，然后再转换成大端？
下面这两个函数不用关心字符串是如何变成32位小端再转换成大端的可以直接将字符串（大端）转成大端（字符串）。
1）字符串ip转大端序ip

inet_pton(AF_INET,"192.168.11.145",void * ptr); 
//ptr：转后的大端序ip存到哪里 一般都会存到网络信息结构体里面大端序ip的地方

2）大端序ip转字符串ip

inet_ntop(AF_INET,void * ptr, char * iparray , size_t ipsize ) 
//ptr：要转的大端序ip在哪，iparray：字符串ip传出到哪里，ipsize：传出到的数组的大小

这两个函数返回值都是转换后的对应的大端ip或者字符串ip。

3、SOCKET() 创建socketfd

#include <sys/socket.h>
int sockfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);

argv1 = 指定IP协议版本 , ipv4 or ipv6 AF_INET(ipv4) AF_INET6(ipv6)。
argv2 = 指定传输层协议， SOCK_STREAM(流式协议) SOCK_DGRAM(报文)。
argv3 = protocal = 0 ,表示默认。写STREAM默认协议为TCP , DGRAM默认协议为UDP。

注意：
1）第二个参数只能确定使用的协议的形式（流式或者报文，tcp和udp只是他们其中的一种，并非流式（报文）协议就是指tcp（udp））。
2）第三个参数具体确定了使用哪种中的哪个协议。

返回值：成功返回Sockfd , 失败返回-1并且ERRNO被设置

4、绑定 BIND 设置socket网络信息
利用SOCKET()函数创建出来的 sockfd里面有默认的ip（本机任意ip）和端口（随机端口）。我们如果需要设置满足需求的ip和端口，定制sockfd中的网络信息，就需要使用bind进行设置。
用自定义网络信息替换socket中的默认网络信息

struct sockaddr_in; //先定义一个网络信息结构体
int reval = bind(int sockfd , struct sockaddr * addr , sizeof(addr));

注意：要传sockaddr类型，而不是新的sockaddr_in addr类型，我们定义新的，传参强转。（历史遗留问题，需要我们向前兼容）
返回值，成功返回0，失败返回-1,并且ERRNO被设置
经典的C/S架构中，通常Server需要绑定设置， Client是否需要绑定看需求。

5、LISTEN监听网络（连接）事件（客户端一般不用，因为只有服务端需要监听网络事件，udp不用，tcp用）

listen(int sockfd , 128);//监听的socket与监听序列号

返回值：成功返回0 失败返回-1并且设置ERRNO

6、ACCEPT 服务端等待建立连接(阻塞函数)

int clientfd = accept(int serverfd , struct sockaddr * clientaddr , socklen_t* size);

argv1 = 阻塞在特定sockfd等待连接
argv2 = 连接成功传出对方的网络信息结构体
argv3 = 传入预存储网络信息结构体大小（我们传入能接受多大的），传出实际网络信息结构体大小（内核修改成实际的）
返回值：成功返回客户端的sockfd , 失败返回-1,并且设置ERRNO

7、CONNECT 客户端主动请求建立连接

connect(int clientfd , struct sockaddr * serveraddr , sizeof(serveraddr));

argv1 = 请求端的sockfd
argv2 = 对端（服务端）的网络信息结构体（主动跟谁请求）
argv3 = 网络信息结构体大小
返回值:成功返回0 失败返回-1，并且设置ERRNO

三、基本TCP的C/S模型

四、实例
编写一个支持基本链接功能的服务端模型（TCP），使用nc测试链接，模拟客户端测试。

nc 服务器ip 服务器端口   nc 192.168.27.128 8000

#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#define SERVER_IP  "192.168.11.162"
#define SERVER_PORT 8000

int main(void)
{
	//1、定义初始化网络信息结构体
	struct sockaddr_in serveraddr; //服务器自己的
	struct sockaddr_in clientaddr; //传出的客户端的

	//2、根据需求设置网络信息
	serveraddr.sin_family = AF_INET;
	serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
	inet_pton(AF_INET,SERVER_IP,&serveraddr.sin_addr.s_addr); //字符串ip转大端ip

	//3、创建sockfd
	int serverfd  =  socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建tcp sockfd

	//4、socket与自定义网络信息绑定
	bind(serverfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr));

	//5、开启网络链接状态监听
	listen(serverfd,128);

	//6、服务端阻塞等待链接
	int clientfd;
	socklen_t addrsize = sizeof(clientaddr);
	printf("Server Process Pid %d Accepting... ...\n",getpid());

	char arrip[16];
	bzero(arrip,16);

	if((clientfd = accept(serverfd,(struct sockaddr*)&clientaddr,&addrsize))>0){
		//链接成功数据客户端网络信息
		printf("Server Process Pid %d Accept Success!\n",getpid());
		printf("client IP[%s] PORT[%d].\n",inet_ntop(AF_INET,&clientaddr.sin_addr.s_addr,arrip,16),ntohs(clientaddr.sin_port));
	}

	close(serverfd);
	close(clientfd);

	return 0;
}

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