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基于TCP通信的服务模式 服务端 socket函数#xff0c;获取网络连接的文件描述符 bind函数#xff0c;将服务器的端口、ip地址与socket函数创建的文件描述符绑定 listen函数#xff0c;监听服务器的当前端…以下内容源于网络资源的学习与整理如有侵权请告知删除。
基于TCP通信的服务模式 服务端 socket函数获取网络连接的文件描述符 bind函数将服务器的端口、ip地址与socket函数创建的文件描述符绑定 listen函数监听服务器的当前端口其他端口不监听 accept函数阻塞以等待用户连接 客服端 socket函数获取网络连接的文件描述符 connect函数连接服务器 连接上之后 send函数客服端给服务器发送数据 recv函数客服端接收服务器的回复 一、服务器端
socket()函数 函数原型 int socket(int af, int type, int protocol); 函数作用 此函数用来创建套接字确定套接字的各种属性。函数返回一个isocket的文件描述符是int类型的整数。 参数说明 1af af 表示IP地址类型可取值为 AF_INET、AF_INET6。其中AF_INET 表示 IPv4 地址例如 127.0.0.1AF_INET6 表示 IPv6 地址如 1030::C9B4:FF12:48AA:1A2B。2type type 表示数据传输方式或者说套接字类型可取值为 SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM。SOCK_STREAM 表示流格式套接字即面向连接的套接字SOCK_DGRAM 表示数据报套接字即无连接的套接字。3protocol protocol表示传输协议常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP分别表示 TCP 传输协议和 UDP 传输协议。补充说明 1socket函数在sys/socket.h 头文件中使用时要包含该文件。 2为什么需要protocol这个参数 一般情况下指定 af 和 type 参数就可以创建套接字了操作系统会自动推演出协议类型此时protocol参数的值可以设置为0除非有两种不同的协议支持同一种地址类型和数据传输类型此时操作系统没办法自动推演需要指定protocol这个参数。 比如使用IPv4地址而且使用 SOCK_STREAM 传输数据的协议只有 TCP那么操作系统会自动推导出协议类型为TCP那么调用socket()函数的方式有两种将protocol的值设为0或者显式地设为 IPPROTO_TCP int tcp_socket socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); int tcp_socket socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); bind()函数 函数原型 int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); 函数作用 该函数将套接字与特定的 IP 地址和端口绑定起来。只有这样流经该 IP 地址和端口的数据才能交给套接字处理。 参数说明 1sock 是使用socket()函数创建套接字时返回的文件描述符。 2addr 是指向struct sockaddr 这个结构体类型所定义的变量的指针。 3addrlen 是 struct sockaddr 这个结构体类型所定义的变量的大小可由 sizeof() 计算得出。 代码分析 下面代码作用将创建的套接字与IP地址 127.0.0.1、端口 1234 绑定 //创建套接字
int serv_sock socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//创建sockaddr_in结构体变量
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); //每个字节都用0填充
serv_addr.sin_family AF_INET; //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1); //具体的IP地址
serv_addr.sin_port htons(1234); //端口//将套接字和IP、端口绑定
bind(serv_sock, (struct sockaddr*)serv_addr, sizeof(serv_addr));//这里进行数据类型强制转化 1 struct sockaddr_in 结构体 我们来看一下struct sockaddr_in 结构体的定义 struct sockaddr_in{sa_family_t sin_family; //地址族Address Family也就是地址类型uint16_t sin_port; //16位的端口号struct in_addr sin_addr; //32位IP地址char sin_zero[8]; //不使用一般用0填充
}; sin_family 和 socket() 函数的第一个参数的含义相同取值也保持一致。不过它是unsigned short类型的占两个字节而socket() 函数的第一个参数是int类型的占4个字节。sin_prot 为端口号。uint16_t 的长度为两个字节理论上端口号的取值范围为 0~65536但是 0~1023 的端口一般由系统分配给特定的服务程序例如 Web 服务的端口号为 80FTP 服务的端口号为 21所以我们的程序要尽量在 1024~65536 之间分配端口号。sin_addr 是 struct in_addr 结构体类型的变量。sin_zero[8] 是多余的8个字节没有用一般使用 memset() 函数填充为 0。这里的 struct in_addr 结构体只包含一个成员如下所示 struct in_addr{in_addr_t s_addr; //32位的IP地址
}; in_addr_t 在头文件 netinet/in.h 中定义它等价于 unsigned long长度为4个字节。这说明 s_addr 是一个整数而代码中定义的IP地址是字符串“127.0.0.1”所以上面代码中使用 inet_addr() 函数进行转换。转后serv_addr.sin_addr.s_addr 16777343。 为什么要搞这么复杂struct sockaddr_in结构体中嵌套struct in_addr结构体而不用 sockaddr_in 的一个成员变量来直接指明IP地址呢另外socket() 函数的第一个参数已经指明了地址类型为什么在 sockaddr_in 结构体中还要再说明一次呢 这些繁琐的细节确实给初学者带来了一定的障碍我想这或许是历史原因吧后面的接口总要兼容前面的代码。 2struct sockaddr 结构体 上述代码先创建 struct sockaddr_in 类型变量然后在bind()函数中强制转换为 struct sockaddr 类型。为何不直接创建 struct sockaddr 类型变量呢毕竟bind()函数第二个参数类型就是 struct sockaddr 类型的 。 我们看一下struct sockaddr 结构体的定义 struct sockaddr{sa_family_t sin_family; //地址族Address Family也就是地址类型char sa_data[14]; //IP地址和端口号
}; 下图是 struct sockaddr 与 struct sockaddr_in 的对比括号中的数字表示所占用的字节数 struct sockaddr 和 struct sockaddr_in 的长度相同都是16字节只是将IP地址和端口号合并到一起用一个成员 sa_data 表示。要想给 sa_data 赋值必须同时指明IP地址和端口号例如”127.0.0.1:80“。遗憾的是没有相关函数将这个字符串转换成需要的形式也就很难给 sockaddr 类型的变量赋值所以使用 sockaddr_in 来代替。这两个结构体的长度相同强制转换类型时不会丢失字节也没有多余的字节。 可以认为struct sockaddr 是一种通用的结构体可以用来保存多种类型的IP地址和端口号但由于它使用不便才针对不同的地址类型定义了不同的结构体然后在使用的时候再强制类型转换。比如 struct sockaddr_in 是专门用来保存 IPv4 地址的结构体而struct sockaddr_in6是专门用来保存 IPv6 地址的结构体它的定义如下 struct sockaddr_in6 {sa_family_t sin6_family; //(2)地址类型取值为AF_INET6in_port_t sin6_port; //(2)16位端口号uint32_t sin6_flowinfo; //(4)IPv6流信息struct in6_addr sin6_addr; //(4)具体的IPv6地址uint32_t sin6_scope_id; //(4)接口范围ID
}; listen()函数 函数原型 int listen(int sock, int backlog); //Linux 函数作用 listen() 函数可以让套接字进入被动监听状态。 参数说明 1sock 是为需要进入监听状态的套接字。 2backlog 是请求队列的最大长度。 补充说明 1被动监听 指当没有客户端请求时套接字处于“睡眠”状态只有当接收到客户端请求时套接字才会被“唤醒”来响应请求。 2请求队列 当套接字正在处理客户端请求时如果有新的请求进来套接字是没法处理的只能把它放进缓冲区待当前请求处理完毕后再从缓冲区中读取出来处理。如果不断有新的请求进来它们就按照先后顺序在缓冲区中排队直到缓冲区满。这个缓冲区就称为请求队列Request Queue。 缓冲区的长度能存放多少个客户端请求可以通过 listen() 函数的 backlog 参数指定但究竟为多少并没有什么标准可以根据你的需求来定并发量小的话可以是10或者20。 如果将 backlog 的值设置为 SOMAXCONN就由系统来决定请求队列长度这个值一般比较大可能是几百或者更多。 当请求队列满时就不再接收新的请求对于 Linux客户端会收到 ECONNREFUSED 错误对于 Windows客户端会收到 WSAECONNREFUSED 错误。 3注意 listen()函数只是让套接字处于监听状态并没有接收请求。接收请求需要使用 accept() 函数。 accept()函数 函数原型 int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //Linux 函数作用 当套接字处于监听状态时可以通过 accept() 函数来接收客户端请求。accept() 函数如果正确返回一个新的套接字的文件描述符则表示服务器和客户端成功建立一个TCP连接。 参数说明 1sock 为服务器端套接字。 2addr 为 指向 struct sockaddr_in 结构体变量的指针。 3addrlen 是 addr 这个指针指向的变量所占空间大小可由 sizeof() 求得。 补充说明 1 该函数的第一个参数 sock 是服务器端创建的套接字的文件描述符我们把它叫做监听fd而该函数的返回值是一个新的套接字的文件描述符我们把它叫做连接fd。编写代码的时候要特别注意服务器端和客户端通信时服务器端要使用连接fd不再使用监听fd。 2addr 保存了客户端的IP地址和端口号。 3listen()函数只是让套接字进入监听状态并没有真正接收客户端请求listen() 后面的代码会继续执行直到遇到 accept()函数。accept() 会阻塞程序执行后面代码不能被执行以等待客户端的连接。 二、客户端
connect()函数 函数原型 int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen); //Linux 函数作用 connect() 函数用来建立连接。 参数说明 各个参数的说明和 bind() 相同不再赘述。 三、通用函数
write()函数、read函数 在 Linux 和 Windows 平台下使用不同的函数发送和接收socket函数。因为Linux 不区分套接字文件和普通文件使用 write() 可以向套接字中写入数据使用 read() 可以从套接字中读取数据。而Windows 区分普通文件和套接字并定义了专门的接收和发送的函数即send() 函数和recv()函数。 1write() 函数 函数原型 ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes); 函数作用 将缓冲区 buf 中的 nbytes 个字节写入文件 fd成功则返回写入的字节数失败则返回 -1。 参数说明 fd 为要写入的文件的描述符buf 为要写入的数据的缓冲区地址nbytes 为要写入的数据的字节数。 2read() 函数 函数原型 ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes); 函数作用 从 fd 文件中读取 nbytes 个字节并保存到缓冲区 buf成功则返回读取到的字节数但遇到文件结尾则返回0失败则返回 -1。 参数说明 fd 为要读取的文件的描述符buf 为要接收数据的缓冲区地址nbytes 为要读取的数据的字节数。 size_t 是通过 typedef 声明的 unsigned int 类型。 htons()函数 函数模型 uint16_t htons(uint16_t hostshort) 函数作用 htons()函数用来将当前主机字节序转换为网络字节序即转换成大端模式。 代码示例 //创建sockaddr_in结构体变量
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); //每个字节都用0填充
serv_addr.sin_family AF_INET; //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1); //具体的IP地址
serv_addr.sin_port htons(1234); //端口号 补充说明 1网络字节序是大端模式而x86架构的cpu一般是小端模式所以需要进行转换。 2htons这字母组合中h 代表主机字节序n 代表网络字节序s代表short可以理解为“将 short 型数据从当前主机字节序转换为网络字节序”。 3通常以s为后缀的函数中s代表 2 个字节 short因此用于端口号转换以l为后缀的函数中l代表 4 个字节的 long因此用于 IP 地址转换。常见的网络字节转换函数如下。 htons()host to network short将 short 类型数据从主机字节序转换为网络字节序。ntohs()network to host short将 short 类型数据从网络字节序转换为主机字节序。htonl()host to network long将 long 类型数据从主机字节序转换为网络字节序。ntohl()network to host long将 long 类型数据从网络字节序转换为主机字节序。inet_addr()函数 函数原型 unsigned long inet_addr( const char *cp )函数作用 inet_addr() 函数的作用是将字符串形式的即点分十进制形式的IPv4地址不能处理IPv6地址转换成32位的长整型同时还进行网络字节序转换。 代码示例 //创建sockaddr_in结构体变量
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); //每个字节都用0填充
serv_addr.sin_family AF_INET; //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr inet_addr(127.0.0.1); //具体的IP地址
serv_addr.sin_port htons(1234); //端口号 #includenetinet/in.h
#icnlduearpa/inet.h
#define IPADDR 192.168.1.102int main(void)
{int_addr_t addr 0;addr inet_addr(IPADDR);printf(addr 0x%x\n,addr);return 0;
}// 0x66 01 a8 c0
// 102 1 168 192 补充说明 1为 sockaddr_in 成员赋值时需要显式地将主机字节序转换为网络字节序。而通过 write()/send() 发送数据时 TCP 协议会自动将数据转换为网络字节序不需要再调用相应的函数。 2关于inet_addr()函数的内部代码是怎样的这里不详细列出。有兴趣可以查阅手册。
