5.嵌入式 Linux 网络应用开发

5.1相关概念

客户端程序与服务端程序

在网络编程中，客户端程序与服务端程序是网络通信的两个基本角色。客户端发起请求，服务端响应请求并提供服务。

IP 地址与端口号

IP 地址用于标识网络设备的位置，而端口号标识运行在计算机上的具体进程。端口号范围为 0 至 65535，是计算机上不同网络服务的重要区分标志。

传输控制协议（TCP）与用户数据报协议（UDP）

• TCP 是一种面向连接的协议，提供可靠的数据传输机制，确保数据包按序到达目标。
• UDP 是一种无连接的协议，注重速度和效率，适合对数据传输顺序和完整性要求不高的应用场景。

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5.2利用套接字进行网络编程的方法

套接字的定义

在 TCP/IP 协议中，套接字（Socket）是网络通信的基础单元，表示 IP 地址与端口号的组合，用于标识网络中的一个通信端点。例如，IP 地址 193.14.26.7 和端口号 13 可以共同组成一个套接字，方便数据在通信双方之间传输。

套接字的类型

套接字分为三种主要类型：

• 字节流套接字（TCP 套接字）：基于 TCP 协议，提供可靠的、面向连接的通信方式，确保数据的顺序和完整性。
• 数据报套接字（UDP 套接字）：基于 UDP 协议，采用无连接方式，注重效率但不保证数据可靠性，适用于对速度要求高、可靠性要求低的场景。
• 原始套接字：允许直接访问底层协议（如 IP 或 ICMP），提供对 TCP 和 UDP 套接字无法实现的功能，通常用于构造自定义的网络协议。

套接字的创建

通过 socket 函数创建套接字，该函数返回一个非负整数作为套接字描述符，表示创建的套接字。其原型为：

int socket(int family, int type, int protocol);

• 参数：
  • family 指定协议族，如 AF_INET（IPv4）或 AF_INET6（IPv6）。
  • type 指定套接字类型，如 SOCK_STREAM（字节流）或 SOCK_DGRAM（数据报）。
  • protocol 指定具体协议，通常为 0 表示默认协议（如 TCP 或 UDP）。

套接字的绑定

使用 bind 函数将创建的套接字绑定到本地 IP 地址和端口号，从而确定通信的网络端点。函数原型如下：

int bind(int sockfd, struct sockaddr *myaddr, int addrlen);

• 参数：
  • sockfd 是套接字描述符。
  • myaddr 是 struct sockaddr 类型的指针，存储绑定的地址和端口信息。
  • addrlen 是地址结构的长度。

地址结构

• 通用结构 struct sockaddr：

  struct sockaddr {
       
      unsigned short sa_family;    /* 协议类型 (AF_xxx) */
      char sa_data[14];            /* 协议地址 (IP 地址和端口号) */
  };
  

• 具体结构 struct sockaddr_in（IPv4 地址结构）：

  struct sockaddr_in {
       
      short int sin_family;        /* 协议类型 (AF_INET) */
      unsigned short int sin_port; /* 端口号 */
      struct in_addr sin_addr;     /* IP 地址 */
      unsigned char sin_zero[8];   /* 填充 0 */
  };
  

建立连接

• 客户端使用 connect 函数：客户端通过套接字尝试与服务器建立连接。

  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr