准备知识

字节序

假如有一个16位的整数，它占了2字节，有两种存储方法
小端字节序：将低序字节存储在起始地址
大端字节序：将高序字节存储在起始地址

这两种方法都有系统在用，所以网络通信需要转化字节序

我们把某个系统上使用的字节序称为 主机字节序
把网络协议使用的字节序称为 网络字节序

网络字节序都是采用大端字节序
而主机字节序却没有标准而言

字节序转换函数

原型

uint16_t htons(uint16_t  h16bitval);  // 主机转网络，短型
uint32_t htonl(uint32_t  h32bitval); // 主机转网络，长型
uint16_t ntohs(uint16_t  n16bitval);// 网络转主机，短型
uint32_t ntohl(uint32_t  n32bitval);// 网络转主机，长型

h表示主机，n表示网络，s表示short，l 表示long

字节操纵函数

字节操纵函数有两组
一是

void bzero(void *dest, size_t nbytes);
void bcopy(const void *src, void *dest, size_t nbytes);
int bcmp(const void *ptr1, const void *ptr2, size_t nbytes);

其中bzero是将目标字节串中指定大小的字节数置为0，参数dest是指向首地址的指针，参数nbytes是需要设置的字节数。

bcopy函数用来复制内存的
参数src 为源内存块指针，dest 为目标内存块指针，n 为要复制的内存的前 n 个字节长度

bcmp的功能是比较ptr1和ptr2的前n个字节是否相等
如果ptr1=ptr2或n=0则返回零，否则返回非零值。bcmp不检查NULL。

二是

void *memset(void *dest, int c, size_t len);
void *memcpy(void *dest, const void *src,size_t nbytes);
int memcmp(const void *ptr1, const void *ptr2, size_t nbytes);

memset是将目标字节串的指定数目（len）置为值 c
memcpy，和bcopy作用和用法一致，注意参数顺序不一样
memcmp 功能和bcmp一致

地址转换函数

我们在表示ipv4的IP地址时习惯使用点分十进制来表示，用的是字符串的形式
但是在实际使用中需要使用IP地址的二进制形式

所以需要一个函数来进行互相转换

原型

int inet_aton(const char *strptr, struct in_addr *addrptr)
/*将字符串地址转化为二进制地址 成功返回1，否则返回0*/char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);
/*将二进制地址转换为字符串地址， 返回一个点分十进制表示的字符串地址 */

其中的struct in_addr是地址结构内的成员，接下来会讲解
但是以上两个函数，只支持ipv4的地址

接下来两函数，支持ipv4和ipv6

int inet_pton(int family， const char *strptr, void *addrptr)
/*将字符串地址转化为二进制地址 成功返回1，输入无效返回0，错误返回-1*/char *inet_ntop(int family， const void *addrptr, char *strptr, size_t len);
/*将二进制地址转换为字符串地址， 返回一个点分十进制表示的字符串地址 */

两个函数的参数family 可以是 AF_INET（表示IPv4），AF_INET6 (表示IPV6)

第一个函数的参数strptr是需要转换的字符串的指针，addrptr用于存放结果

第二个函数的addrptr是需要转换的二进制，strptr是存放结果字符串的指针，len是str的长度，太小会报错

地址结构

很多套接字函数需要一个指向套接字地址结构的指针作为参数，每个协议族都有自己的地址结构体

但是最终都会强制转换为通用的socket地址结构来传参给函数

通用套接字 sockaddr 类型定义：

typedef unsigned short int sa_family_t;
struct sockaddr { sa_family_t sa_family; /* 2 bytes address family, AF_xxx */char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */
}

ipv4对应的是sockaddr_in类型定义：

注意这里的sin_addr 是一个结构体，

typedef unsigned short sa_family_t;
typedef uint16_t in_port_t;
struct in_addr {uint32_t s_addr;
};
struct sockaddr_in {uint8_t sin_len;sa_family_t sin_family; /* 2 bytes address family, AF_xxx such as AF_INET */in_port_t sin_port; /* 2 bytes port*/struct in_addr sin_addr; /* 4 bytes IPv4 address*//* Pad to size of `struct sockaddr'. */
unsigned char sin_zero[8]; /* 8 bytes unused padding data, always set be zero */
};

ipv6对应的sockaddr_in6类型定义：

typedef unsigned short sa_family_t;
typedef uint16_t in_port_t;
struct in6_addr
{union{uint8_t __u6_addr8[16];uint16_t __u6_addr16[8];uint32_t __u6_addr32[4];} __in6_u;
}
struct sockaddr_in6 {sa_family_t sin6_family; /*2B*/in_port_t sin6_port; /*2B*/uint32_t sin6_flowinfo; /*4B*/struct in6_addr sin6_addr; /*16B*/uint32_t sin6_scope_id; /*4B*/
};

Unix域对应的sockaddr_un类型定义：

#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {sa_family_t sun_family; char sun_path[UNIX_PATH_MAX];
};

在使用地址结构前，我们一般先将所有字节都置0，使用czero或memset函数，然后在赋值

接下来我们将在使用时再讨论

基本TCP套接字编程

概要

基本流程

socket函数

socket函数的作用，就相当于我们要读文件时要先open
socket会创建一个socket描述符（和文件描述符一样），后续将使用它进行连接等操作

对于服务器来说，这个描述符是用于监听连接的，实际连接传输的描述符在accept处介绍

原型

int socket(int family, int type, int prttocol);
/* 成功返回描述符，出错返回-1

注意以下出参数并不是任意的搭配都是有效的
一般SOCK_STREAM是TCP/SCTP
SOCK_DGRAM是UDP
两个都可以和AF_INET、AF_INET6搭配

参数family，表示协议族，取值有

取值	含义
AF_INET	IPV4
AF_INET6	IPV6
AF_LOCAL	UNIX域协议
AF_ROUTE	路由套接字
AF_KEY	秘钥套接字

参数type指明套接字类型

取值	含义
SOCK_STREAM	字节流套接字
SOCK_DGRAM	数据套接字
SOCK_SEQPACKET	有序分组套接字
SOCK_RAW	原始套接字

参数protocol是某个协议类型常值，通常设为0，让其默认选择。

应用实例

进行tcp连接时

socket(AF_INET，SOCK_STREAM，0);

bind函数

将一个本地协议地址赋予一个套接字，就是绑定ip地址和端口的
通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如
ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，由系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。

通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

当然客户端也可以在调用connect()之前bind一个地址和端口，这样就能使用特定的IP和端口来连服务器了
原型

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
/* 成功返回0，失败返回-1 */

参数sockfd：是socket描述字，bind()函数就是将给这个描述字绑定地址和端口
参数addrlen：对应的是地址的长度
参数addr：地址结构指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，但最终都会强制转换后赋值给sockaddr这种类型的指针传给内核

应用实例

struct socket_in   sockaddr_in;
int port = 12345;memset(&sockaddr_in,0,sizeof(sockaddr_in));sockaddr_in.sin_family = AF_INET;
sockaddr_in.sin_port = htons(port);
sockaddr_in.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY 代表可以运行任何ip连接bind(socket_fd, (struct sockaddr *)&sockaddr_in，sizeof(sockaddr_in));

listen函数

socket创建的描述符，默认是一个主动类型的（就是主动调用connect去连接别人的，是一个客户端），调用listen后转为主动的，并开始监听socket描述符，等待用户连接

原型

int listen(int sockfd, int backlog);
/* 成功返回0，失败返回-1 */

参数sockfd，是socket描述符
参数backlog 是最大连接个数

最大连接数说明

TCP建立连接是要进行三次握手，但是完成三次握手后，服务器需要维护这种状态：
　　半连接状态为：服务器处于Listen状态时收到客户端SYN报文时放入半连接队列中，即SYN queue（服务器端口状态为：SYN_RCVD）。
　　全连接状态为：TCP的连接状态从服务器（SYN+ACK）响应客户端后，到客户端的ACK报文到达服务器之前，则一直保留在半连接状态中；
　　
在Linux内核2.2之前，backlog大小包括半连接状态和全连接状态两种队列大小，

在Linux内核2.2之后，分离为两个backlog来分别限制半连接（SYN_RCVD状态）队列大小和全连接（ESTABLISHED状态）队列大小

SYN queue 队列长度由 /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog 指定，默认为2048。

Accept queue 队列长度由 /proc/sys/net/core/somaxconn 和使用listen函数时传入的参数，二者取最小值。默认为
128

accept函数

服务器在调用accept函数后，会阻塞监听socket，等待客户端连接，并返回一个全新的描述符fd，代表与客户端的tcp连接

原型

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
/* 成功返回一个用于连接的描述符，失败返回-1 */

参数sockfd: 服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；
参数*addr：用于返回客户端的协议地址，这个地址里包含有客户端的IP和端口信息等，结构体与bind中的一致
参数addrlen: 返回客户端协议地址的长度

accept函数的返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字(fd)，代表与返回客户的TCP连接。如果想发送数据给该客户端，则我们可以调用write()等函数往该fd里写内容即可；而如果想从该客户端读内容则调用read()等函数从该fd里读数据即可。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个新的socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，就应当把该客户端相应的的socket描述字关闭。

connect函数

tcp客户端在创建socket后，使用connect来连接服务器
这两个文件描述符(客户端connect的fd和服务器端accept返回的fd)就可以实现客户端和服务器端的相互通信。

原型

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
/* 成功返回0，失败返回-1 */

sockfd: 客户端的socket()创建的描述字
addr: 要连接的服务器的socket地址结构，这里面包含有服务器的IP地址和端口等信息，和bind的一致
addrlen: socket地址的长度

实例

struct socket_in   sockaddr_in;
int port = 12345;
char *ip = “192.168.1.1”
memset(&sockaddr_in,0,sizeof(sockaddr_in));sockaddr_in.sin_family = AF_INET;
sockaddr_in.sin_port = htons(port);
inet_aton(ip, &sockaddr_in,sin_addr);connect(socket_fd, (struct sockaddr *)sockaddr_in, sizeof(sockaddr_in));

通信函数 read 和 write

以上的函数已足够服务器和客户端建立tcp连接
接下来我们介绍用于通信的函数

 ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr,
socklen_t addrlen);ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags，struct sockaddr *src_addr, socklen_t
*addrlen);ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

其中read 和 write用法与文件io中的一致，用法如下
UNIX环境编程(c语言）–文件I/O-文件共享

其他函数也不再一一介绍，用法大同小异，详细用法可以man手册查看

关闭通信close 和 shutdown

使用close关闭通信，就和文件io中的用法一样，详情看上面那个链接文件io的文章

如果对socket fd调用close()则会触发该TCP连接断开的四路握手，有些时候我们需要数据发送出去并到达对方之后才能关闭
socket套接字，则可以调用shutdown()函数来半关闭套接字：

int shutdown(int sockfd, int how);

如果how的值为 SHUT_RD 则该套接字不可再读入数据了；如果how的值为 SHUT_WR 则该套接字不可再发送数据了；如
果how的值为 SHUT_RDWR 则该套接字既不可以读，也不可以写数据了

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