Linux Socket編程-基礎(chǔ)知識點

西北望msm66g9f 2021-08-09

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套接字(Socket)按照操作類型可以分為三類：

1.流式套接字(SOCK_STREAM)：面向連接的Socket，只能收發(fā) TCP 協(xié)議的數(shù)據(jù)；

2.數(shù)據(jù)報式套接字(SOCK_DGRAM)：面向無連接的Socket，只能收發(fā) UDP 協(xié)議的數(shù)據(jù)；

3.原始套接字(SOCK_RAW)可以用來自行組裝數(shù)據(jù)包，可以接收本機(jī)網(wǎng)卡上所有的數(shù)據(jù)幀(數(shù)據(jù)包)，直接操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)核心(Network Core)。

Socket基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.套接字地址結(jié)構(gòu)

IPV4

A.新式機(jī)構(gòu)

struct sockaddr_in

{

unsigned short sin_len; //IPv4地址長度

short int sin_family; //指代協(xié)議簇，在TCP套接字編程只能是AF_INET

unsigned short sin_port; //存儲端口號（使用網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序），數(shù)據(jù)類型是一個16為的無符號整形類型

struct in_addr sin_addr;//存儲IP地址，IP地址是一個in_add結(jié)構(gòu)體（結(jié)構(gòu)在下面）

unsigned char sin_zero[8]; //為了讓sockaddr與sockaddr_in兩個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保持大小相同而保留的空字節(jié)

};

struct in_addr

{

unsigned long s_addr; //按照網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序存儲IP地址

};

大端模式和小端模式

　　1）小端就是低位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，高位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。

　　2）大端就是高位字節(jié)排放在內(nèi)存的低地址端，低位字節(jié)排放在內(nèi)存的高地址端。

　　舉一個例子，比如數(shù)字0x12 34 56 78在內(nèi)存中的表示形式為：

　　A. 大端模式：

　　低地址 -----------------> 高地址

　　0x12 | 0x34 | 0x56 | 0x78

　　B. 小端模式：

　　低地址 ------------------> 高地址

　　0x78 | 0x56 | 0x34 | 0x12

B.老式結(jié)構(gòu)

struct sockaddr

{

unsigned short sa_family; //套接字的協(xié)議簇地址類型，TCP/IP協(xié)議對于IPv4地址類型為AF_INET

char sa_data[14];//存儲具體的協(xié)議地址

};

IPV6

A.新式結(jié)構(gòu)

struct sockaddr_in6

{

unsigned short int sin6_len; //IPv6結(jié)構(gòu)長度，是一個無符號的8為整數(shù)，表示128為IPv6地址長度

short int sin6_family; //地址類型AF_INET6

unsigned short int sin6_port; //存儲端口號，按網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序

unsigned short int sin6_flowinfo; //低24位是流量標(biāo)號，然后是4位的優(yōu)先級標(biāo)志，剩下四位保留

struct in6_addr sin6_addr; //IPv6地址，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序

};

B.老式結(jié)構(gòu)

struct in6_addr

{

unsigned long s6_addr; //128位的IPv6地址，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序

};

常用函數(shù)

1.socket函數(shù)?

函數(shù)：int socket(int, int, int);

?功能：創(chuàng)建一個套接字

?解釋：int socket(int af, int type, int protocol);

af：表示一個地址家族，IPv4連接時填A(yù)F_INET，IPv6連接時對應(yīng)AF_INET6
type：表示套接字類型，如果是SOCK_STREAM表示創(chuàng)建面向連接的流式套接字；如果是SOCK_DGRAM表示面向無連接的數(shù)據(jù)包套接字；為SOCK_RAW表示創(chuàng)建原始套接字
protocol：表示套接口所用的協(xié)議，如果用戶不指定，可以設(shè)置為0
返回值：int類型的一個指向傳輸提供者的句柄（套接字）

socket函數(shù)的family常值

socket函數(shù)的type常值

socket函數(shù)的protocol常值

socket函數(shù)中family和type參數(shù)的組合

2.bind函數(shù)?

函數(shù)：int bind(int, const struct sockaddr *, socklen_t)?

功能：將套接字綁定到指定端口和地址上?

解釋：

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

sockfd：表示套接字標(biāo)識
my_addr：是一個指向struct sockaddr結(jié)構(gòu)體類型的指針,一般綁定 IPv4地址傳入struct sockaddr_in指針，IPv6地址傳入struct sockaddr_in6指針（PS：這里我也不是很清楚，sockaddr_in結(jié)構(gòu)體里面有地址族，改變地址族為IPv6的不知道行不行，下面的演示和注釋以前面的struct sockaddr_in結(jié)構(gòu)體為主），都包含地址和端口號信息，強(qiáng)轉(zhuǎn)成需要的類型
addrlen：確定my_addr緩沖區(qū)的長度，就是前面結(jié)構(gòu)體的大小
返回值：如果函數(shù)執(zhí)行成功，則返回值為0，失敗則為-1

3.listen函數(shù)

?函數(shù)：int listen(int, int)?

功能：將套接字設(shè)置為監(jiān)聽模式，對于流式套接字，必須處入監(jiān)聽模式才能夠接收客戶端套接字的連接

?解釋：int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd：表示套接字標(biāo)識
backlog：表示等待連接的最大隊列長度。例如：如果backlog被設(shè)置為2，此時有3個客戶端同時發(fā)出連接請求，那么前兩個客戶端會放置在等待連接隊列中，第三個客戶端會得到錯誤信息。
返回值：成功則返回0，失敗則返回-1

4.accept函數(shù)?

函數(shù)：int accept(int, struct sockaddr * __restrict, socklen_t * __restrict)?

功能：接受客戶端的連接，在流式套接字中，只有在套接字處入監(jiān)聽狀態(tài)，才能接受客戶端的連接?

解釋：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

sockfd：表示套接字標(biāo)識
addr：是一個sockaddr_in結(jié)構(gòu)體指針，接收連接端地址信息
addrlen：前面sockaddr_in結(jié)構(gòu)體地址長度指針，用來接收連接端地址信息結(jié)構(gòu)體長度
返回值：一個新的套接字，它對應(yīng)于已經(jīng)接受的客戶端連接，對于該客戶端的所有后續(xù)操作，都應(yīng)使用這個新的套接字

5.close函數(shù)?函數(shù)：int close(int)?

功能：關(guān)閉套接字

?解釋：int close(int sockfd);

6.connect函數(shù)?

函數(shù)：int connect(int, const struct sockaddr *, socklen_t)?

功能：發(fā)送一個連接請求

解釋：int connect(int sockfd,const struct sockaddr * addr_server, int addrlen)

sockfd：表示一個正準(zhǔn)備連接的套接字?？蛻舳诉B接套接字int socket_client
addr_server：存儲套接字要連接主機(jī)的地址信息結(jié)構(gòu)體指針
addrlen：前面結(jié)構(gòu)體的也就是addr_server結(jié)構(gòu)體緩沖區(qū)的長度
返回值：成功則返回0，失敗則返回-1

connect函數(shù)將激發(fā)TCP的三次握手過程，而且僅在連接建立成功或出錯時才返回，其中出錯有如下幾種情況：

1).若TCP客戶沒有收到SYN包的響應(yīng)，則返回ETIMEDOUT錯誤。如調(diào)用該函數(shù)時，內(nèi)核發(fā)送一個SYN，若無響應(yīng)則等待6s后再發(fā)一個，若仍無響應(yīng)，則等待24s再發(fā)一個，若總共等了75s后仍未收到響應(yīng)消息則返回該錯誤（因內(nèi)核而異）。

2).若響應(yīng)時RST，表明該服務(wù)器主機(jī)在我們指定的端口上沒有進(jìn)程等待，客戶收到RST包后馬上返回ECONNREFUSED錯誤。

3).若客戶發(fā)出的SYN在中間的路由器上引發(fā)了一個“destination unreachable”的ICMP錯誤，則按第一種情形繼續(xù)發(fā)送SYN，若在規(guī)定的時間內(nèi)沒有收到回應(yīng)，則將ICMP錯誤作為EHOSTUNREACH或ENETUNREACH錯誤返回。

7.recv函數(shù)

函數(shù)：ssize_t recv(int, void *, size_t, int)

功能：從流式套接字中接受數(shù)據(jù)，平時開發(fā)針對TCP套接字接收數(shù)據(jù)

解釋：ssize_t recv(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags)

sockfd表示流式套接字
buff用來存放recv函數(shù)接收到的數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)
nbytes緩沖區(qū)的長度
flags 表示函數(shù)的調(diào)用方式，一般填0

成功時返回接收的字節(jié)數(shù)(收到EOF是返回0)，失敗是返回-1

8.send函數(shù)

函數(shù)：ssize_t send(int, const void *, size_t, int)

功能：在流式套接字中發(fā)送數(shù)據(jù)

解釋：ssize_t send(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags //表示函數(shù)的調(diào)用方式，一般填0，具體看下面表格

)

sockfd表示流式套接字
buff存放要發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)
nbytes實際要改善的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)
int flags 表示函數(shù)的調(diào)用方式，一般填0

返回值：成功返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)，錯誤返回-1

9.recvfrom函數(shù)

函數(shù)：ssize_t recvfrom(int, void *, size_t, int, struct sockaddr * __restrict, socklen_t * __restrict)

功能：用于接收一個數(shù)據(jù)包，并保存源地址

解釋：

ssize_t recvfrom(int sockfd, void * buff, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr * __restrict from, socklen_t * __restrict fromLen)

sockfd表示準(zhǔn)備接收的套接字
buff指向緩沖區(qū)的指針，用來接收數(shù)據(jù)
nbytes表示緩沖區(qū)的長度
flags表示調(diào)用方式，一般填0
__restrict from是一個指向地址結(jié)構(gòu)體的指針，用來接收發(fā)送數(shù)據(jù)方的地址信息
__restrict fromLen 前面結(jié)構(gòu)體長度指針

返回值：如果正確接收返回接收到的字節(jié)數(shù)，失敗返回-1.

10.sendto函數(shù)

函數(shù)：ssize_t sendto(int, const void *, size_t, int, const struct sockaddr *, socklen_t)

功能：向指定的目的地方發(fā)送數(shù)據(jù)

解釋：ssize_t sendto(int sockfd, const void * buff, size_t nbytes, int flags, const struct sockaddr * to, socklen_t tolen)

sockfd表示準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)的套接字
buff指向緩沖區(qū)的指針，該緩沖區(qū)包含將要發(fā)送的數(shù)據(jù)
nbytes緩沖區(qū)數(shù)據(jù)長度
flags表示調(diào)用方式，一般填0
to指向目標(biāo)套接字地址的結(jié)構(gòu)體指針
tolen前面結(jié)構(gòu)體長度

成功則返回實際傳送出去的字符數(shù)，失敗返回－1，錯誤原因存于errno 中

輔助函數(shù)

1.htons() 函數(shù) 和 ntohs()函數(shù)?

函數(shù)：u_short htons(u_short hostshort)?功能：將一個16位的無符號端整形數(shù)據(jù)由主機(jī)排列方式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)排列方式，所謂的網(wǎng)絡(luò)排列方式就是大端排列方式,MacOS是采用小端的存儲方式存儲數(shù)據(jù)?

使用地方：在有關(guān)主機(jī)地址和端口號結(jié)構(gòu)體中struct sockaddr_in里面，屬性in_port_t sin_port表示端口號，因為端口號要用網(wǎng)絡(luò)排列方式，使用該函數(shù)轉(zhuǎn)換后賦值

函數(shù): u_short ntohs(u_short netshort)?功能: 與htons()功能相反，將16位無符網(wǎng)絡(luò)排列端口轉(zhuǎn)換成主機(jī)排列方式，也就是將16位大端排列數(shù)字轉(zhuǎn)換成小端排列方式?

使用地方: 得到地址結(jié)構(gòu)體struct sockaddr_in，將里面的in_port_t sin_port轉(zhuǎn)換成我們平時看到的小端排列的端口號

2.htonl() 函數(shù) 和 ntohl()函數(shù)

函數(shù)：u_long htonl(u_long hostlong)

功能：將一個32位無符號整形由主機(jī)排列方式轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)排列方式，所謂的網(wǎng)絡(luò)排列方式就是大端排列方式

使用地方：在有關(guān)主機(jī)地址和端口號結(jié)構(gòu)體中struct sockaddr_in里面，結(jié)構(gòu)體屬性struct in_addr sin_addr中的in_addr_t s_addr屬性表示IP地址信息，因為IP地址信息要用網(wǎng)絡(luò)排列方式，使用該函數(shù)轉(zhuǎn)換后賦值

函數(shù)：u_long ntohl(u_long netlong)

功能：與函數(shù) htonl()功能相反，將網(wǎng)絡(luò)排列的32位無符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成主機(jī)排列，就是將32位大端排列數(shù)字轉(zhuǎn)換成小段排列數(shù)據(jù)

使用地方：得到地址結(jié)構(gòu)體struct sockaddr_in，將里面的in_addr_t s_addr轉(zhuǎn)換成我們平時看到的小端排列32位IP地址

3.inet_addr 函數(shù)

函數(shù)：in_addr_t inet_addr(const char *)

功能：將存儲IP地址的char字符串轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)排列方式的32位無符號整形，跟上面htonl()函數(shù)功能一樣

使用地方：轉(zhuǎn)換的結(jié)果可直接用來給地址信息結(jié)構(gòu)體里面的IP地址賦值，因為轉(zhuǎn)換出來的結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)排列的

4.inet_aton 函數(shù)

函數(shù)：int inet_aton(const char *, struct in_addr *);

功能：與函數(shù)inet_addr功能一樣，將char字符串IP地址轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)排序的無符整形，傳入struct in_addr結(jié)構(gòu)體指針，直接賦給結(jié)構(gòu)體

5.inet_pton 函數(shù)

函數(shù)：int inet_pton(int, const char *, void *);

功能：與輔助函數(shù)htonl()、inet_addr()、inet_aton()的功能一樣，將char字符串IP地址轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)排序的無符整形，直接賦給struct in_addr結(jié)構(gòu)體指針里面，不一樣的是可以根據(jù)地址族的不同轉(zhuǎn)換IPv6還是IPv4的地址

6.inet_ntoa 函數(shù)

函數(shù)：char *inet_ntoa(struct in_addr)

功能：正好與上面的函數(shù)inet_aton功能相反，需要傳入一個關(guān)于地址信息的結(jié)構(gòu)體，解析出來C字符串的IP地址

7.inet_ntop 函數(shù)

函數(shù)：const char *inet_ntop(int, const void *, char *, socklen_t);

功能：跟上面函數(shù)inet_ntoa()功能相似，于函數(shù)inet_pton()功能相反，不一樣的是他可以傳入地址族，傳入AF_INET則解析出IPv4的地址，傳入AF_INET6則解析

8.getpeername 函數(shù)?

函數(shù)：int getpeername(int, struct sockaddr * __restrict, socklen_t * __restrict)?功能：獲取socket套接字對方的地址信息，返回0時正常，否則錯誤?

解釋：int getpeername(int sockfd, struct sockaddr * peerAddr, socklen_t * addrLen)