Socket编程
一、网络套接字概念：socket
一个文件描述符指向一个套接字（该套接字内部由内核借助两个缓冲区实现。）
在通信过程中， 套接字一定是成对出现的。
二、网络字节序和主机字节序的转换函数（ip和端口）
小端法：（pc本地存储、Intel架构） 高位存高地址。地位存低地址。 int a = 0x12345678
大端法：（网络存储、IDM公司） 高位存低地址。地位存高地址。
#include <arpa/inet.h>
htonl --> 本地(host)--》网络(net) （IP） 192.168.1.11 --> string --> atoi --> int --> htonl --> 网络字节序
htons --> 本地--》网络 (port)
ntohl --> 网络--》 本地（IP）
ntohs --> 网络--》 本地（Port）
h-->host;n-->network;l-->32位长整数; s-->16位短整数
三、IP地址转换函数（inet_pton）：
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst); 本地字节序（string IP） ---> 网络字节序
af：AF_INET、AF_INET6
src：传入，IP地址（点分十进制）
dst：传出，转换后的 网络字节序的 IP地址。
返回值：
成功： 1
异常： 0， 说明src指向的不是一个有效的ip地址。
失败：-1
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size); 网络字节序（二进制） ---> 本地字节序（string IP）
af：AF_INET、AF_INET6
src: 网络字节序IP地址
dst：本地字节序（string IP）--缓冲区
size： dst 的大小。缓冲区大小
返回值： 成功：dst。
失败：NULL
四、sockaddr地址结构： IP + port --> 在网络环境中唯一标识一个进程。
man 7 ip命令
//定义
struct sockaddr_in addr; // #include<arpa/inet.h>
//初始化
addr.sin_family = AF_INET/AF_INET6
addr.sin_port = htons(9527);
int dst;
inet_pton(AF_INET, "192.157.22.45", (void *)&dst);//点分十进制（字符串类型）转为网络字节序
addr.sin_addr.s_addr = dst;
【*】addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); INADDR_ANY取出本系统中有效的任意IP地址，二进制类型。转为网络字节序
//使用
bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, size);
五、socket函数：
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol); 创建一个 套接字
domain：AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX
type：SOCK_STREAM（TCP）、SOCK_DGRAM（UDP）
protocol: 0
返回值：
成功： 新套接字所对应文件描述符
失败: -1 errno 可使用perror();
#include <arpa/inet.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); 给socket绑定一个 地址结构 (IP+port)
sockfd: socket 函数返回值
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(8888);
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
addr: 传入参数(struct sockaddr *)&addr
addrlen: sizeof(addr) 地址结构的大小。
返回值：
成功：0
失败：-1 errno
int listen(int sockfd, int backlog); 设置同时与服务器建立连接的上限数。（同时进行3次握手的客户端数量）
sockfd: socket 函数返回值
backlog：上限数值。最大值 128.
返回值：
成功：0
失败：-1 errno
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); 阻塞等待客户端建立连接，成功的话，返回一个与客户端成功连接的socket文件描述符。
第2卷---系统函数
sockfd: socket 函数返回值
addr：传出参数。成功与服务器建立连接的那个客户端的地址结构（IP+port）
socklen_t clit_addr_len = sizeof(addr);
addrlen：传入传出。 &clit_addr_len
入：addr的大小。 出：客户端addr实际大小。
返回值：
成功：能与客户端进行数据通信的 socket 对应的文件描述。
失败： -1 ， errno
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); 使用现有的 socket 与服务器建立连接
sockfd： socket 函数返回值
struct sockaddr_in srv_addr; // 服务器地址结构
srv_addr.sin_family = AF_INET;
srv_addr.sin_port = 9527 跟服务器bind时设定的 port 完全一致。
inet_pton(AF_INET, "服务器的IP地址"，&srv_adrr.sin_addr.s_addr);
addr：传入参数。服务器的地址结构
addrlen：服务器的地址结构的大小
返回值：
成功：0
失败：-1 errno
如果不使用bind绑定客户端地址结构, 采用"隐式绑定".
六、TCP通信流程分析:
server:
1. socket() 创建socket
2. bind() 绑定服务器地址结构
3. listen() 设置监听上限
4. accept() 阻塞监听客户端连接
5. read(fd) 读socket获取客户端数据
6. 小--大写 toupper()
7. write(fd)
8. close();
client:
1. socket() 创建socket
2. connect(); 与服务器建立连接
3. 从终端读取数据
4. write() 写数据到 socket
5. read() 读转换后的数据。
6. 显示读取结果
7. close()
示例：TCP通信完成客户端和服务端
//server.c
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <ctype.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#define SERV_PORT 54321
void sys_error(const char *str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
int ret = 0;
int lfd = 0, cfd = 0;
char buf[BUFSIZ], clit_ip[BUFSIZ];//BUFSIZ 表示4096
struct sockaddr_in serv_addr,clit_addr;
socklen_t clit_addr_len;
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
lfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //创建套接字
if(lfd == -1)
{
sys_error("socket error");
}
ret = bind(lfd,(struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));//绑定本地ip和端口
if(ret == -1)
{
sys_error("bind error");
}
ret = listen(lfd,30);//设置套接字的最大连接数
if(ret == -1)
{
sys_error("listen error");
}
clit_addr_len = sizeof(clit_addr);
cfd = accept(lfd,(struct sockaddr *)&clit_addr, &clit_addr_len);//设置阻塞监听,返回连接socket描述符
if(cfd == -1)
{
sys_error("accept error");
}
printf("client ip:%s,port:%d\n",//打印客户端ip和port
inet_ntop(AF_INET,&clit_addr.sin_addr.s_addr,clit_ip,sizeof(clit_ip)),
ntohs(clit_addr.sin_port)
);
while(1)
{
ret = read(cfd, buf, sizeof(buf));
write(STDOUT_FILENO, buf, ret);
if(ret == -1)
{
sys_error("read error");
}
for(int i=0; i<ret; i++)
buf[i] = toupper(buf[i]);
write(cfd, buf, ret);
}
close(lfd);
close(cfd);
return 0;
}
///client.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#define SERV_PORT 54321
void sys_err(const char* str)
{
perror(str);
exit(1);
}
int main(int argc, char* argv[])
{
int cfd = 0, ret = 0;
char buf[BUFSIZ];
struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr.s_addr);
cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(cfd == -1)
{
sys_err("socket error");
}
//连接
ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
if(ret == -1)
{
sys_err("connect error");
}
while(1)
{
ret = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
//写
ret = write(cfd,buf,ret);
if(ret == -1)
{
sys_err("wirte error");
}
ret = read(cfd, buf, sizeof(buf));
write(STDOUT_FILENO, buf, ret);
}
close(cfd);
return 0;
}
七、错误处理函数：
封装目的：
在 server.c 编程过程中突出逻辑，将出错处理与逻辑分开，可以直接跳转man手册。
【wrap.c】 【wrap.h】
存放网络通信相关常用 自定义函数 存放 网络通信相关常用 自定义函数原型(声明)。
命名方式：系统调用函数首字符大写, 方便查看man手册
如：Listen()、Accept();
函数功能：调用系统调用函数，处理出错场景。
在 server.c 和 client.c 中调用 自定义函数
联合编译 server.c 和 wrap.c 生成 server
client.c 和 wrap.c 生成 client
readn：
读 N 个字节
readline：
读一行
read 函数的返回值：
1. > 0 实际读到的字节数
2. = 0 已经读到结尾（对端已经关闭）【 ！重 ！点 ！】
3. -1 应进一步判断errno的值：
errno = EAGAIN or EWOULDBLOCK: 设置了非阻塞方式 读。 没有数据到达。
errno = EINTR 慢速系统调用被 中断。
errno = “其他情况” 异常。
![[Shell编程学习路线]--shell中重定向和管道符(详细介绍)](https://img-blog.csdnimg.cn/direct/fc5439c2b4bb4e23aad2071709574fba.png)
