Linux C 下的socket网络编程

1.socket简介

在我们常用的网络通信中，socket是最常用的一种，socket编程也称套接字编程，下面我们将对socket编程进行相关讲解，其中包括服务器与客户端通信讲解，以及代码实现。

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

2.socket网络通信步骤

在我们利用socket创建网络通信连接的时候，遵循下图所示的步骤：

如图1所示，当我们两台PC进行通信时，一方的服务器端server向另一方的客户端client发送数据时，由socket创建网络通道，但必须指定双方所使用的协议种类及端口号，同时还需告知IP地址。

其中IP地址相当于住址，用于查找PC所在的位置，端口号相当于“房间号”，用与告知通信双方所使用的端口，常用的通信协议由TCP/UDP两种，下面将补充介绍：

TCP/UDP协议对比：

1.TCP是面向连接（如打电话要先拨号建立连接);UDP是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接。

2.TCP提供可靠的服务。也就是说TCP连接传送的数据无差错，不丢失，不重复，且按序到达；UDP尽最大努力交付，即不保证可靠交付。

3.TCP面向字节流，实际上是TCP把数据看成一连串无结构的字节流；UDP是面向报文的，UDP没有拥塞控制，因此网络出现拥塞不会使源主机的发送速率降低。

4.每一条TCP连接只能是点到点的；UDP支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互式通信

5.TCP首部开销20字节；UDP的首部开销小，只有8字节。

6.TCP的逻辑通信信道是全双工的可靠信道，UDP则是不可靠信道。

如图2所示，在服务器端，首先新建一个socket套接字，同时绑定地址及端口号，这时进入监听状态，客户端此时若想连接服务器端，则发出连接请求，待服务器端接收请求后，一条完整的通信方式就建立完成，客户端和服务器便可进行数据交换了。

3.相关API介绍

创建套接字int socket(int domain,int type,int protocol)，其中domain指明所使用的协议族，通常使用的因特网域为IPv4，设置为AF_INET。type为参数指定socket的类型，我们使用的为TCP协议，可以保证数据传输的正确性与顺序性，因此第二个参数设置为SOCK_STREAM。potocol通常赋值为“0”，0选择type类型对应的默认协议。返回值：若成功则返回socket套接字的文件描述符，若失败则返回-1.

IP与端口号绑定int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen),参数说明：sockfd为socket返回的描述符，addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针。其中第二个参数addr给出的结构体如下：

            struct sockaddr {sa_family_t sa_family;char        sa_data[14];}

结构体中的成员，sa_data[ ]表示进程地址；而bind函数中的第三个参数addrlen表示参数addr的长度；addr参数可以接受多种类型的结构体，而这些结构体的长度各不相同，因此需要使用addrlen参数额外指定结构体长度；经常为了传输IPv4的地址及端口号，定义一个struct sockaddr_in类型的结构体，但最后使用bind函数时必须转换成struct sockaddr *类型的。struct sockaddr_in如下：

struct sockaddr_in{sa_family_t sin_family;//协议族in_port_t sin_port;//端口号struct in_addr sin_addr;//IP地址结构体unsigned char sin_zero[8]://填充，没有实际意义
}

注意，在本结构体的第三个成员，相当于结构体的成员为结构体，注意结构体成员的引用。

地址转换int inet_aton(const char *straddr,struct in_addr *addrp)；该函数的作用是将字符串形式的IP地址如“192.168.0.0.1”转换成网络能识别的形式，第一个参数straddr为IP地址字符串，第二个参数为struct in_addr *型数据，因此保持类型一致，我们首先给struct sockaddr_in中的第三个成员结构体给出IP地址，此时的类型刚好为struct in_addr类型，但要求的是结构体指针，我们只需进行取地址运算即可。

cha *inet_ntoa(struct in_addr inaddr)该函数的作用是将网络格式的IP地址转换成字符串格式，通常用于接收方接收对方的IP地址并转换为字符串形式。

监听int listen(int sockfd,int backlog);该函数只用于服务器端不断等待客户端的连接请求，第一个参数为描述符，第二个参数backlog指定在请求队列中允许的最大请求数。

接收连接int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);该函数用于接受客户端请求的连接。第一个参数为描述符，第二个参数addr用来返回已连接的客户端的协议地址，第三个参数addrlen为客户端地址长度。

请求连接int connect(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen)该函数用于客户端请求连接服务器端的函数，sockfd为描述符，addr为服务器端的IP地址和端口号的地址结构指针，addrlen为地址长度。

服务器端代码如下：

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>int main(int argc,char **argv)
{int s_fd;int c_fd;int n_read;char readBuf[128];char msg[128]={0};struct sockaddr_in s_addr;struct sockaddr_in c_addr;memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//1.sockets_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(s_fd==-1){perror("socket");exit(-1);}//2.binds_addr.sin_family=AF_INET;s_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));inet_aton(argv[1],&s_addr.sin_addr);bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));//3.listenlisten(s_fd,10);//4.acceptint c_len=sizeof(struct sockaddr_in);while(1){c_fd=accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&c_len);if(c_fd==-1){perror("accept");}printf("get connect :%s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr));//5.readif(fork() == 0){if(fork()==0){while(1){memset(msg,0,sizeof(msg));printf("input \n:");gets(msg);write(c_fd,msg,strlen(msg));sleep(1);}}while(1){memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));n_read=read(c_fd,readBuf,128);if(n_read==-1){perror("read");}else{printf("get message %d:%s\n ",n_read,readBuf);}}}}return 0;
}

在服务器端，当我们与客户端连接成功后，我们开辟一个子进程用来不断地读取客户端发送过来的消息并打印，与此同时再开辟一个子进程用来检测用户的输入，实现可以将服务器端的消息发送给客户端。

客户端代码：

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>int main(int argc,char **argv)
{int c_fd;int n_read;char readBuf[128];char msg[128]={0};struct sockaddr_in c_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//1.socketc_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(c_fd==-1){perror("socket");exit(-1);}//2.connectc_addr.sin_family=AF_INET;c_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));inet_aton(argv[1],&c_addr.sin_addr);if(connect(c_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1){perror("connect");exit(-1);}printf("get connect :%s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr));while(1){//3.sendif(fork()==0){while(1){memset(msg,0,sizeof(msg));printf("input \n:");gets(msg);write(c_fd,msg,strlen(msg));sleep(2);}}//4.readwhile(1){memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));n_read=read(c_fd,readBuf,128);if(n_read==-1){perror("read");}else{printf("get message %d:%s\n ",n_read,readBuf);}}}return 0;
}

与服务器端不同，当我们请求连接成功后，便开辟子进程与服务器间进行通信。

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