Tcp ip 网络编程入门（一）

参考：socket是什么？套接字是什么？；Unix网络编程；socket文件描述符
文章中还有。。。。就不列出来了。
本文是对网上博客内容的一些摘抄与总结，谢谢各位的文章供我学习入门，侵删！

文章目录

1.关于socket
2.核心流程
- 2.1.创建套接字socket()
- 2.2.绑定地址bind()
- - 2.21.大小端字节序/网络、主机字节序
- 2.4.系统监听 listen()
- 2.5.主动连接connect()
- 2.6.接受连接accept()
- 2.7.写读write and read 函数
- 2.8. 关闭连接close()
3.关于服务器端两个socket的解释

1.关于socket

socket 原意为“插座”，可理解为电器插入插座便通上电，在网络编程中，socket被翻译为套接字，可理解为计算机通过它可以连接上因特网。
在Unix/linux中我们知道，万物皆为文件，具体地说，不同种类的类型都被抽象为文件，例如：普通文件，字符设备，块设备，套接字，进程等等。当一个文件被进程打开时，系统会为其创建一个文件描述符fd，这个fd是个整数，这时，文件的路径就成为了寻址系统，文件描述符则成为了字节流的接口。例如：用0表示标准输入文件，其对应的硬件设备为键盘；用1表示标准输出文件，其对应的硬件设备为显示器。
UNIX/Linux 程序在执行任何形式的 I/O 操作时，都是在读取或者写入一个文件描述符。一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数，它的背后可能是一个硬盘上的普通文件、FIFO、管道、终端、键盘、显示器，甚至是一个网络连接。
文件是应用程序与系统（包括特定硬件设备）之间的桥梁，而文件描述符就是应用程序使用这个“桥梁”的接口。在需要的时候，应用程序会向系统申请一个文件，然后将文件的描述符返回供程序使用。返回socket的文件通常被创建在/tmp或者/usr/tmp中。我们实际上不用关心这些文件，仅仅能够利用返回的socket描述符就可以了。
相对于普通文件这类真实存在于文件系统中的文件，tcp socket、unix domain socket等这些存在于内存中的特殊文件在被进程打开的时候，也会创建文件描述符。所以"一切皆文件"更准确的描述应该是"一切皆文件描述符"

2.核心流程

2.1.创建套接字socket()

如上所述，网络连接也是一个文件，它也有文件描述符，可以通过socket()函数创建一个网络连接，其返回值就是文件描述符，有了它，我们就可以用普通的文件操作函数来传输数据了，例如用 read() 读取从远程计算机传来的数据，用 write() 向远程计算机写入数据。
用于创建一个新的socket，用于客户端和服务端。成功返回一个文件描述符，失败返回-1。（linux中不记得函数形式可用man socket 查看参数及头文件）

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

domain:协议簇，可理解为协议的种类，比如网际协议tcp/ip等。
type：因为不同的协议提供了不同的数据传输方式，常见的有面向连接的流式传输模式(SOCK_STREAM)，顺序，可靠，双向；数据报(SOCK_DGRAM)，定长，不可靠。
protocol：这里才是具体的协议类型，如tcp，udp。

2.2.绑定地址bind()

其主要作用是将由socket函数创建的文件描述符和一个本地地址结构体绑定起来。通俗点说，即给新买的手机插上电话卡。成功返回0，失败返回-1，其函数原型为：

int bind (int socketfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen)

第一个参数为调用socket函数返回的文件描述符。
其中，第二个参数即为我们想要绑定的地址，可看到其为一个结构体指针，指向sockaddr这结构体。这个sockaddr为通用的套接字地址，其类型定义为：

上述结构体在sa_data中包含了ip，port等信息，考虑到系统的兼容性，一般采用另外一个结构体(struct sockaddr_in)来代替，这个结构体描述了internet环境下的地址形式（可以认为，sockaddr 是一种通用的结构体，可以用来保存多种类型的IP地址和端口号，而 sockaddr_in 是专门用来保存 IPv4 地址的结构体）：

注意到，上述结构体中嵌套了一个结构体

这点在具体程序实现中会碰到。
因为我们在tcpip中所需的地址及端口信息都为internet环境下的，所以先需要sockaddr_in存放ip地址和端口信息，后面在调用bind函数时将一个sockaddr_in{}类型的对象强制转为sockaddr{}类型，再赋值给bind的第二个参数。这两个函数的区别，具体可参考：sockaddr和sockaddr_in详解
struct sockaddr与struct sockaddr_in的区别和联系

结构体成员分析
sin_family：协议簇
sin_port：16位端口号
sin_addr：32位地址信息，以网络字节序保存
sin_zero：是为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节。用memset函数写入0进行初始化即可。
void *memset(void *s,int c,size_t n)
总的作用：将已开辟内存空间 s 的首 n 个字节的值设为值 c。linux可用man memset查看参数及头文件。

下面说明以下在这个过程中用到的具体的函数
注意：port为unsigned short 16位，addr为 unsigned long 32位，据此选择对应的函数即可。

2.21.大小端字节序/网络、主机字节序

具体可参考文章：网络字节序和主机字节序，网络字节序和主机字节序
网络字节序和主机字节序详解！！！
不同的机器有不同的字节序类型。考虑一个16位整数，由2个字节组成，内存中存储这个整数的顺序有两种，一种是将低序字节存储在起始地址，称为小端（little-endian）字节序；另一种方法是将高序字节存储在起始地址，称为大端（big-endian）字节序。
这两种字节序没有统一的标准，两种格式都有机器在使用，比如，Inter x86、ARM核采用的是小端模式，Power PC、MIPS UNIX和HP-PA UNIX采用大端模式。
在数据传输过程中，一定有一个标准化的过程，例如安卓手机充电器接口。也就是说，主机a到主机b的通信，一定是服从：

网络字节序：是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用大端排序方式
主机字节序：特定主机内的内存的数据处理方式。
对应过来，就有：

第三个参数addrlen是指第二个参数在sockaddr{}类型下的实际长度，可用sizeof函数。

2.4.系统监听 listen()

一般在基于流式套接字的服务中会有这一步？，成功返回0，失败返回-1，函数原型为;

int listen(int listenfd, int backlog)

该函数的主要作用是将sockfd变为被动的连接的监听套接字。
第一个参数：一般来说，socket函数可以创建一个套接字。默认情况，内核会认为socket函数创建的套接字是主动套接字（active socket），它存在于一个连接的客户端。而服务器调用listen函数告诉内核，该套接字是被服务器而不是客户端使用的，即listen函数将一个主动套接字转化为监听套接字（以 listenfd 表示）。监听套接字可以接受来自客户端的连接请求。关于主动套接字和被动套接字的区别：监听套接字与已连接套接字
第二个参数：backlog指明那些已经经过了TCP三次握手的处于established状态的连接项在被系统调度前的最大排队等候数。换句话说，典型的服务器程序可以同时服务于多个客户端，服务器端调用listen函数来声明listenfd处于监听状态，并且最多允许有backlog个tcp连接。

2.5.主动连接connect()

该函数用于客户端主动向服务器发起连接，成功返回0，失败返回-1.函数原型为：

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);

参数情况与前面类似，sockfd是由socket函数返回的套接字描述符，第二个、第三个参数分别是指向一个套接字地址结构的指针和该结构的大小。
对于TCP套接字，在调用该函数时会激发tcp三次握手的过程。

2.6.接受连接accept()

其作用是返回一个新的套接字的文件描述符来和客户端通信，serv_addr保存了客户端的IP地址和端口号,而 listenfd 是服务器端的套接字。后面和客户端通信时，要使用这个新生成的套接字，而不是原来服务器端的套接字。成功返回0，失败返回-1，函数原型为：

int accept(int listenfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)

当accept被调用时，服务器程序会一直阻塞，直到有一个客户端发起连接。accept成功时，返回最后的服务器端的文件描述符，失败返回-1。

2.7.写读write and read 函数

可通过man read 查看函数参数和头文件。其函数原型如下：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

收发数据的套接字内部有缓冲(buffer), 简言之就是字节数组. 通过套接字传输的数据将保存到该数组。因此, 我们 read、write其实是读取缓冲区的内容。
这两个函数分别由fd指定的socket套接口发送(接收)count字节的数据，然后存在buf缓冲区里面。返回值为实际发送成功的字节数。

2.8. 关闭连接close()

调用该函数时对于TCP编程而言会触发一个FIN报文导致连接关闭。

3.关于服务器端两个socket的解释

可参考文章：为什么有监听socket和连接socket,为什么产生两个socket
从5中的描述上可以看出，accpet生成一个新的socket连接，返回该socket的文件描述符。对服务端来说，有两个socket，一个是用于监听的socket，还有一个就是客户端连接成功后，由accept函数创建的用于与客户端收发报文的socket。我觉得上面的文章总结的很到位：职责分工, 分层协作, 提高服务端性能。
基于上面的描述，我们就可以实现一个基本的tcp的客户端与服务端通信的代码。（新手注意不要在if语句后面加分号。可用printf函数或者gdb一步一步调试代码）
服务端：

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <string.h>int main()
{int listenfd;if((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){perror("socket");return -1;}// printf("socket creat success\n");struct sockaddr_in servaddr;  //通过 man 7 ip 查看,按住键盘下，查看隐藏内容；memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));//函数用法上面解释过servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(6666);servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");if(bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){perror("bind");return -1;}// printf("bind success\n");if(listen(listenfd,5) < 0){perror("listen");return -1;}// printf("listen success\n");
//定义对方的地址struct sockaddr_in peeraddr;socklen_t peerlen  = sizeof(peeraddr);int conn;if((conn=accept(listenfd, (struct sockaddr*)&peeraddr, &peerlen))<0){perror("accept");return -1;}char recvbuf[1024];while(1){memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));int ret = read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));//printf("%d",ret);fputs(recvbuf, stdout);write(conn, recvbuf, ret);}close(listenfd);close(conn);return 0;
}

客户端：

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <string.h>int main()
{int sock;if((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0 ){perror("socket");return -1;}struct sockaddr_in servaddr;  //通过 man 7 ip 查看,按住键盘下，查看隐藏内容；memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(6666);// servaddr.sin_addr = hton1(INADDR_ANY);servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");if(connect(sock,(struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr))<0){perror("connect");return -1;}char sendbuf[1024] = {0};char recvbuf[1024] = {0};while(fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL){write(sock, sendbuf, strlen(sendbuf));read(sock, recvbuf, sizeof(recvbuf));fputs(recvbuf,stdout);}close(sock);return 0;
}

makefile文件

all: serve clientserve:serve.cgcc -o serve serve.c
client:client.cgcc -o client client.c