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发信人: luobeng.bbs@siyu.dhs.org (罗嘣), 信区: Linux
标 题: Linux C编程---网络编程zz
发信站: 思雨小语 (Thu Nov 28 18:37:00 2002)
转信站: SZU!news.tiaozhan.com!Siyu
摘要
网络编程，一定离不开套接口；那什么是套接口呢？在Linux下，所有的I/O操
作都是通过读写文件描述符而产生的，文件描述符是一个和打开的文件相关联的整
数，这个文件并不只包括真正存储在磁盘上的文件，还包括一个网络连接、一个命
名管道、一个终端等，而套接口就是系统进程和文件描述符通信的一种方法。目前
最常用的套接口是字：字节流套接口(基于TCP)和数据报套接口(基于UDP)，当然还
有原始套接口(原始套接口提供TCP套接口和UDP套接口所不提供的功能，如构造自
己的TCP或UDP分组)等，我们这里主要介绍字节流套接口和数据报套接口。
(2002-09-16 13:40:14)
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By Wing
网络编程，一定离不开套接口；那什么是套接口呢？在Linux下，所有的I/O操
作都是通过读写文件描述符而产生的，文件描述符是一个和打开的文件相关联的整
数，这个文件并不只包括真正存储在磁盘上的文件，还包括一个网络连接、一个命
名管道、一个终端等，而套接口就是系统进程和文件描述符通信的一种方法。目前
最常用的套接口是字：字节流套接口(基于TCP)和数据报套接口(基于UDP)，当然还
有原始套接口(原始套接口提供TCP套接口和UDP套接口所不提供的功能，如构造自
己的TCP或UDP分组)等，我们这里主要介绍字节流套接口和数据报套接口。
要学习网络编程，一定离不开网络库的函数，在Linux系统下，可以用"man 函
数名"来得到这个函数的帮助，不过为了照顾E文不大好的朋友，下面就将常用的网
络函数和用法列出来供大家参考：
１、socket函数：为了执行网络输入输出，一个进程必须做的第一件事就是调
用socket函数获得一个文件描述符。
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#include <sys/socket.h>
int socket(int family,int type,int protocol);
返回：非负描述字－－－成功 -1－－－失败
-----------------------------------------------------------------
第一个参数指明了协议簇，目前支持5种协议簇，最常用的有AF_INET(IPv4协
议)和AF_INET6(IPv6协议)；第二个参数指明套接口类型，有三种类型可选：
SOCK_STREAM(字节流套接口)、SOCK_DGRAM(数据报套接口)和SOCK_RAW(原始套接口
)；如果套接口类型不是原始套接口，那么第三个参数就为0。
２、connect函数：当用socket建立了套接口后，可以调用connect为这个套接
字指明远程端的地址；如果是字节流套接口，connect就使用三次握手建立一个连
接；如果是数据报套接口，connect仅指明远程端地址，而不向它发送任何数据。
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#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd,const struct sockaddr * servaddr,socklen_t
addrlen);
返回：0－－－成功 -1－－－失败
-----------------------------------------------------------------
第一个参数是socket函数返回的套接口描述字；第二和第三个参数分别是一个
指向套接口地址结构的指针和该结构的大小。
这些地址结构的名字均已“sockaddr_”开头，并以对应每个协议族的唯一后
缀结束。以IPv4套接口地址结构为例，它以“sockaddr_in”命名，定义在头文件
<netinet/in.h>；以下是结构体的内容：
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struct in_addr {
in_addr_t s_addr; /* IPv4地址 */
};
struct sockaddr_in {
uint8_t sin_len; /* 无符号的8位整数 */
sa_family_t sin_family;
/* 套接口地址结构的地址簇，这里为AF_INET */
in_port_t sin_port; /* TCP或UDP端口 */
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
-------------------------------------------------------------------
３、bind函数：为套接口分配一个本地IP和协议端口，对于网际协议，协议地
址是32位IPv4地址或128位IPv6地址与16位的TCP或UDP端口号的组合；如指定端口
为0，调用bind时内核将选择一个临时端口，如果指定一个通配IP地址，则要等到
建立连接后内核才选择一个本地IP地址。
-------------------------------------------------------------------
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd,const struct sockaddr * myaddr,socklen_t
addrlen);
返回：0－－－成功 -1－－－失败
-------------------------------------------------------------------
第一个参数是socket函数返回的套接口描述字；第二和第第三个参数分别是一
个指向特定于协议的地址结构的指针和该地址结构的长度。
４、listen函数：listen函数仅被TCP服务器调用，它的作用是将用sock创建
的主动套接口转换成被动套接口，并等待来自客户端的连接请求。
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#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd,int backlog);
返回：0－－－成功 -1－－－失败
-------------------------------------------------------------------
第一个参数是socket函数返回的套接口描述字；第二个参数规定了内核为此套
接口排队的最大连接个数。由于listen函数第二个参数的原因，内核要维护两个队
列：以完成连接队列和未完成连接队列。未完成队列中存放的是TCP连接的三路握
手为完成的连接，accept函数是从以连接队列中取连接返回给进程；当以连接队列
为空时，进程将进入睡眠状态。
５、accept函数：accept函数由TCP服务器调用，从已完成连接队列头返回一
个已完成连接，如果完成连接队列为空，则进程进入睡眠状态。
-------------------------------------------------------------------
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd,struct sockaddr *
cliaddr,socklen_t * addrlen);
回：非负描述字－－－成功 -1－－－失败
-------------------------------------------------------------------
第一个参数是socket函数返回的套接口描述字；第二个和第三个参数分别是一
个指向连接方的套接口地址结构和该地址结构的长度；该函数返回的是一个全新的
套接口描述字；如果对客户段的信息不感兴趣，可以将第二和第三个参数置为空。
６、inet_pton函数：将点分十进制串转换成网络字节序二进制值，此函数对
IPv4地址和IPv6地址都能处理。
-------------------------------------------------------------------
#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int family,const char * strptr,void * addrptr);
返回：1－－－成功 0－－－输入不是有效的表达格式 -1－－－失败
-------------------------------------------------------------------
第一个参数可以是AF_INET或AF_INET6：第二个参数是一个指向点分十进制串
的指针：第三个参数是一个指向转换后的网络字节序的二进制值的指针。
７、inet_ntop函数：和inet_pton函数正好相反，inet_ntop函数是将网络字
节序二进制值转换成点分十进制串。
-------------------------------------------------------------------
#include <arpa/inet.h>
const char * inet_ntop(int family,const void *
addrptr,char * strptr,size_t len);
返回：指向结果的指针－－－成功 NULL－－－失败
-------------------------------------------------------------------
第一个参数可以是AF_INET或AF_INET6：第二个参数是一个指向网络字节序的
二进制值的指针；第三个参数是一个指向转换后的点分十进制串的指针；第四个参
数是目标的大小，以免函数溢出其调用者的缓冲区。
８、fock函数：在网络服务器中，一个服务端口可以允许一定数量的客户端同
时连接，这时单进程是不可能实现的，而fock就分配一个子进程和客户端会话，当
然，这只是fock的一个典型应用。
-------------------------------------------------------------------
#include <unistd.h>
pid_t fock(void);
返回：在子进程中为0，在父进程中为子进程ID -1－－－失败
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fock函数调用后返回两次，父进程返回子进程ID，子进程返回0。
有了上面的基础知识，我们就可以进一步了解TCP套接口和UDP套接口
１、TCP套接口
TCP套接口使用TCP建立连接，建立一个TCP连接需要三次握手，基本过程是服
务器先建立一个套接口并等待客户端的连接请求；当客户端调用connect进行主动
连接请求时，客户端TCP发送一个SYN，告诉服务器客户端将在连接中发送的数据的
初始序列号；当服务器收到这个SYN后也给客户端发一个SYN，里面包含了服务器将
在同一连接中发送的数据的初始序列号；最后客户在确认服务器发的SYN。到此为
止，一个TCP连接被建立。
下面就用一个例子来说明服务器和客户是怎么连接的
-------------------------------------------------------------------
/* client.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
int main(int argc,char *argv[]) {
int sockfd,numbytes;
char buf[100];
struct hostent *he;
struct sockaddr_in their_addr;
int i = 0;
//将基本名字和地址转换
he = gethostbyname(argv[1]);
//建立一个TCP套接口
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) {
perror("socket");
exit(1);
}
//初始化结构体，连接到服务器的2323端口
their_addr.sin_family = AF_INET;
their_addr.sin_port = htons(2323);
their_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)he->h_addr);
bzero(&(their_addr.sin_zero),8);
//和服务器建立连接
if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&their_addr,
sizeof(struct sockaddr))
==-1){
perror("connect");
exit(1);
}
//向服务器发送字符串"hello!"
if(send(sockfd,"hello!",6,0)==-1) {
perror("send");
exit(1);
}
//接受从服务器返回的信息
if((numbytes = recv(sockfd,buf,100,0))==-1) {
perror("recv");
exit(1);
}
buf[numbytes] = '';
printf("result:%s",buf);
close(sockfd);
return 0;
}
--------------------------------------------------------------------
/* server.c */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
main() {
int sockfd,new_fd;
struct sockaddr_in my_addr;
struct sockaddr_in their_addr;
int sin_size;
//建立TCP套接口
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) {
perror("socket");
exit(1);
}
//初始化结构体，并绑定2323端口
my_addr.sin_family = AF_INET;
my_addr.sin_port = htons(2323);
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bzero(&(my_addr.sin_zero),8);
//绑定套接口
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(struct
sockaddr))==-1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
//创建监听套接口
if(listen(sockfd,10)==-1) {
perror("listen");
exit(1);
}
//等待连接
while(1) {
sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
perror("server is run");
//如果建立连接，将产生一个全新的套接字
if((new_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)
&their_addr,&sin_size))==-1)
{
perror("accept");
exit(1);
}
//生成一个子进程来完成和客户端的会话，父进程继续监听
if(!fork()) {
//读取客户端发来的信息
if((numbytes = recv(new_fd,buff,strlen(buff),0))==-1)
{
perror("recv");
exit(1);
}
printf("%s",buff);
//将从客户端接收到的信息再发回客户端
if(send(new_fd,buff,strlen(buff),0)==-1)
perror("send");
close(new_fd);
exit(0);
}
close(new_fd);
}
close(sockfd);
}
------------------------------------------------------------------
现在让我们来编译这两个程序：
root@linuxaid#gcc -o server server.c
root@linuxaid#gcc -o client client.c
然后在一台计算机上先运行服务器程序，再在另一个终端上运行客户端就会
看到结果；如果不运行服务器程序而先运行客户程序将立即提示"Connect:
Connection refused"，这就是TCP套接口的好处，如果是UDP套接口将会有一个延
时才会得到错误信息(UDP套接口后面有介绍)。
建立一个TCP连接需要三次握手，而断开一个TCP则需要四个分节。当某个应用
进程调用close(主动端)后(可以是服务器端，也可以是客户端)，这一端的TCP发送
一个FIN，表示数据发送完毕；另一端(被动端)发送一个确认，当被动端待处理的
应用进程都处理完毕后，发送一个FIN到主动端，并关闭套接口，主动端接收到这
个FIN后再发送一个确认，到此为止这个TCP连接被断开。
２、UDP套接口
UDP套接口是无连接的、不可靠的数据报协议；既然他不可靠为什么还要用呢
？其一：当应用程序使用广播或多播是只能使用UDP协议；其二：由于他是无连接
的，所以速度快。因为UDP套接口是无连接的，如果一方的数据报丢失，那另一方
将无限等待，解决办法是设置一个超时。
在编写UDP套接口程序时，有几点要注意：建立套接口时socket函数的第二个
参数应该是SOCK_DGRAM，说明是建立一个UDP套接口；由于UDP是无连接的，所以服
务器端并不需要listen或accept函数；当UDP套接口调用connect函数时，内核只记
录连接放的IP地址和端口，并立即返回给调用进程，正因为这个特性，UDP服务器
程序中并不使用fock函数，用单进程就能完成所有客户的请求。
--
PI=3.14159265358979323846264338327950288419716939937150582097494459230781640628
6208998628034825342117067982148086513282306447093844609550582231725359408128481
1174502841027019385211055596446229489349303819644288109756659334461284756462337
9631558817488152092096282925409171536436789259036001133053054882046652138414695
6735188575272489122793818301194912983367336244065664308602139501609244807723074
1416941190298856244681638797904659700081700296313277337105079227968925
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