socket網(wǎng)絡(luò)編程之TCP、UDP

系統(tǒng)運維

之前說的用于進程間通信的幾種方式：消息signal、管道pipe、消息隊列msg、共享內(nèi)存shm、信號量sem。都只適用于一臺主機上的進程間通信，那么如何實現(xiàn)兩臺計算機之間的進程通信呢？所以，來了解一下異地進程通信。

創(chuàng)新互聯(lián)專業(yè)為企業(yè)提供白堿灘網(wǎng)站建設(shè)、白堿灘做網(wǎng)站、白堿灘網(wǎng)站設(shè)計、白堿灘網(wǎng)站制作等企業(yè)網(wǎng)站建設(shè)、網(wǎng)頁設(shè)計與制作、白堿灘企業(yè)網(wǎng)站模板建站服務(wù)，10多年白堿灘做網(wǎng)站經(jīng)驗，不只是建網(wǎng)站，更提供有價值的思路和整體網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。1 異地進程通信協(xié)議層為雙方的主機通信進程分配“端口”和緩沖區(qū)，以便異地進程間的通信。 1.1TCP/IP協(xié)議

以下是OSI參考模型與TCP/IP參考模型的對應(yīng)關(guān)系：

1.1.1 TCP/IP協(xié)議族

TCP/IP 協(xié)議組大體上分為三部分：
1．Internet 協(xié)議（IP）
2．傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議（UDP）
3．處于TCP 和UDP 之上的一組協(xié)議專門開發(fā)的應(yīng)用程序。它們包括：TELNET，文件傳送協(xié)議（FTP），域名服務(wù)（dns）和簡單的郵件傳送程序（SMTP）等許多協(xié)議。
應(yīng)用層協(xié)議

Telnet 文件傳送協(xié)議（FTP和TFTP）簡單的文件傳送協(xié)議（SMTP）域名服務(wù)（DNS）等協(xié)議 2 網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ) socket標準被擴展成window socket和unix socket linux中的網(wǎng)絡(luò)編程通過socket接口實現(xiàn)。 Socket既是一種特殊的IO，它也是一種文件描述符。一個完整的Socket 都有一個相關(guān)描述{協(xié)議，本地地址，本地端口，遠程地址，遠程端口}；每一個Socket 有一個本地的唯一Socket 號，由操作系統(tǒng)分配。 2.1 SOCKET分類

流式套接字（SOCK_STREAM）
流式的套接字可以提供可靠的、面向連接的通訊流。它使用了TCP協(xié)議。TCP 保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和順序性。
數(shù)據(jù)報套接字（SOCK_DGRAM）
數(shù)據(jù)報套接字定義了一種無連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)通過相互獨立的報文進行傳輸，是無序的，并且不保證可靠，無差錯。使用數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP協(xié)議。
原始套接字。
原始套接字允許對低層協(xié)議如IP或ICMP直接訪問，主要用于新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)的測試等。

2.2 編程流程

TCP

UDP

具體函數(shù)的用法，就自己man了。

2.2.1 套接字地址結(jié)構(gòu)

重點講一下套接字地址結(jié)構(gòu)：

#include < netinet/in.h>
struct sockaddr
{
unsigned short sa_family; /* address族, AF_xxx */
char sa_data[14];     /* 14 bytes的協(xié)議地址 */
};

sa_family的取值，一般來說，IPV4使用“AF_INET” sa_data包含了一些遠程電腦的地址、端口和套接字的數(shù)目，里面的數(shù)據(jù)是雜溶在一起的。一般我們不用這個結(jié)構(gòu)體，因為我們一般使用的地址都是IP+端口號。比如：IP192.168.159.2 port3306 。這樣來記錄地址。所以一般使用下面這個地址結(jié)構(gòu)，而知數(shù)據(jù)類型是等效的，可以互相轉(zhuǎn)換。

#include < netinet/in.h>
struct sockaddr_in {
short int sin_family; /* Internet地址族 */
unsigned short int sin_port; /* 端口號 */
struct in_addr sin_addr; /* Internet地址 */
unsigned char sin_zero[8]; /* 添0（和struct sockaddr一樣大?。?/
};

2.2.2 字節(jié)序列轉(zhuǎn)換因為每一個機器內(nèi)部對變量的字節(jié)存儲順序不同（有的系統(tǒng)是高位在前，底位在后，而有的系統(tǒng)是底位在前，高位在后 )，而網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大家是一定要統(tǒng)一順序的。所以對與內(nèi)部字節(jié)表示順序和網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序不同的機器，就一定要對數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。 htons()——“Host to Network Short”
主機字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序（對無符號短型進行操作2bytes） htonl()——“Host to Network Long”　
主機字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序（對無符號長型進行操作4bytes） ntohs()——“Network to Host Short”
網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機字節(jié)順序（對無符號短型進行操作2bytes） ntohl()——“Network to Host Long ”
網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機字節(jié)順序（對無符號長型進行操作4bytes） 2.2.3地址格式轉(zhuǎn)換

-linux提供將點分格式的地址轉(zhuǎn)于長整型數(shù)之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)。

inet_addr()能夠把一個用數(shù)字和點表示IP 地址的字符串轉(zhuǎn)換成一個無符號長整型。

inet_ntoa()能夠把網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為地址結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)。

2.2.4基本套接字調(diào)用

socket() bind() connect()
listen() accept() send()
recv() sendto() shutdown()
recvfrom() close() getsockopt()
setsockopt() getpeername()
getsockname() gethostbyname()
gethostbyaddr() getprotobyname()
fcntl()

練習(xí)1-TCP

TCP連接，等待客戶端輸入，將內(nèi)容發(fā)送給服務(wù)器，并獲取客戶端地址。
這里，getsocketname()表示獲得本地（自己）的地址；
getpeername()表示獲得連接上的客戶端的地址（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};    //連上的客戶端的地址

    //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;
    }

//獲取客戶端地址
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 <sys/types.h>     
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <stdio.h>
#include <string.h>

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.連接connect() 服務(wù)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;
}

運行結(jié)果：

做個改進，以上代碼，只能一個客戶端連接上。因為TCP是基于點對點的，一個accept()對應(yīng)一個connnect()。要想連接多個客戶端，就得使用fork(），一個進程用來專門阻塞等待客戶端的連接，一個用來處理與已連接上客戶端的通信。
代碼如下：

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};    //連上的客戶端的地址

        signal(SIGCHILD,SIG_IGN);

        //1.socket()
        fd = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
        if(fd == -1)
        {
            perror(socket);
            return -1;
        }

        //會出現(xiàn)沒有活動的套接字仍然存在，會禁止綁定端口，出現(xiàn)錯誤：address already in use .
        //由TCP套接字TIME_WAIT引起，bind 返回 EADDRINUSE,該狀態(tài)會保留2-4分鐘
        //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();   //父進程負責(zé)繼續(xù)監(jiān)聽等待，子進程父子與已連接客戶端通信

            if(pid == -1)
            {
                perror(fork);
                return -1;
            }
            if(pid == 0)    //子進程
            {
                //獲取客戶端地址
                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)   //客戶端退出
                    {
                        //結(jié)束相應(yīng)的server進程
                        close(clientfd);
                        exit(0);    //僵尸進程
                    }
                    printf(from %sreceive : %s\\n\\n,client_addr,acbuf);
                }
            }
            else    //父進程
            {
                //返回while，繼續(xù)等待
            }

        }

        //6.close()
        close(fd);
        return 0;
    }

這里一定要注意，每結(jié)束一個客戶端，一定要關(guān)掉相應(yīng)的文件描述符，并且結(jié)束掉子進程（僵尸進程），不然，隨著客戶端的增加，進程數(shù)會越來越大
client.c

int 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.連接connect() 服務(wù)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;
    }

    //獲取自己的地址
    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;
}

運行結(jié)果：

練習(xí)2-UDP

使用UDP連接，完成上述內(nèi)容。但是發(fā)現(xiàn)，使用UDP，因為是面向無連接的，所以在沒有收到或者發(fā)送包之前，是無法得知源IP地址的。
那UDP如何知道客戶端的IP地址和端口呢？
1、由客戶端顯示地高速服務(wù)器IP地址和端口，發(fā)消息。
2、隱式的。服務(wù)器從收到的包頭中得到源IP和端口號。
server.c

int 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;
         } 
         //收到客戶端的數(shù)據(jù)包之后，就可以知道客戶端地址
        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);

        //獲取自己的地址
        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;
}

運行結(jié)果：

會發(fā)現(xiàn)，此時是可以直接運行多個客戶端的，因為，UDP是面向無連接的，可以是一對多，多對一，多對多的，只要客戶端知道服務(wù)器地址，就可以連上。
<br>
Ps:本人理解有限，還未學(xué)習(xí)完，有錯請指出。

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文章源于：http://www.rwnh.cn/article46/cpjshg.html

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