【回眸】Linux 内核 (十七) 之 网络编程

前言

努力赶紧把Linux内核的内容更新完。

网络编程

协议的部分已经很成熟，只需要调用即可。

进程间通讯无法进行多机通信，网络通讯则解决了这一缺陷。

TCP/UDP协议对比

（1）TCP 面向连接（如打电话要先拨号建立连接）提供可靠的服务。可靠指：通过TCP连接传送的数据，无差错，不丢失，不重复，且按序到达；

UDP 是无连接的，即发送数据之前不需要建立连接，UDP 尽最大努力交付，即不保证可靠交付。

（2）UDP 具有较好的实时性，工作效率比 TCP 高，适用于对高速传输和实时性有较高的通信或广播通信。

（3）TCP 连接只能是一对一的，UDP 支持一对一，一对多，多对一和多对多的交互通信。
解释：打电话就是TCP协议，每次只能给一个人打电话。UDP就像是QQ发送信息，可以一对多的给别人发消息。

（4）TCP是面向字节流，把数据看成一连串无结构的字节流，UDP 是面向报文的一次交付一个完整的报文，报文不可分割，报文是 UDP 数据报处理的最小单位。
（5）TCP 和 UDP 都可以检查错误，但只有 TCP 可以纠正错误，因为它同时具有拥塞和流量控制。

（6）TCP只能进行点对点的数据传输，不支持多播和广播传输方式。

端口号的作用

端口，在网络技术中，是指计算机或网络设备上的一个特定服务访问点。它是一个逻辑上的概念，用于标识不同类型的网络服务。每一个端口都对应一个唯一的数字，这个数字范围通常是0到65535。这些数字被分为知名的、注册的、动态的和私有的几个区间。一般做应用是用5000以上的端口号。

字节序

小端字节序：低序字节存储在最低位

大端字节序：高序字节存储在最低位（socket字节序）

socket编程的流程我整理成一张表格。

socket编程涉及到的Linux提供的API

1.创建套接字（确定协议）

#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);int domain//协议族。例如AF_INET、AF_INET6即（ipv4，ipv6）等。AF_INET  选择ipv4协议族AF_INET6 选择ipv6协议族int type//指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM等。SOCK_STREAM 流式的协议栈，代表协议有TCP等。SOCK_DGRAM 数据报文的协议栈，代表协议有UDP等。int protocol//最终确定的协议，设为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

 2.确定地址

#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);int sockfd//socket的文件描述符。const struct sockaddr *addr//一个结构体指针，指向sockfd要绑定什么样的协议的首地址。socklen_t addrlen//地址的长度。//通用套接字地址struct sockaddr {unsigned short sa_family;   //协议族 char sa_data[14];  //IP+端口号};//IPv4套接字地址struct sockaddr_in { unsigned short sin_family;   //协议族unsigned short sin_port;  //端口号struct in_addr sin_addr;  //IP地址的结构体unsigned char sin_zero[8];//填充，没实际意义，作用是对齐};struct in_addr {unsigned int  s_addr;};

字节序转换API

#include <netinet/in.h>uint16_t htons(uint16_t host16bitvalue);//返回网络字节序的值
uint32_t htonl(uint32_t host32bitvalue);//返回网络字节序的值
uint16_t ntohs(uint16_t net16bitvalue);//返回主机字节序的值
uint32_t ntohl(uint32_t net32bitvalue); //返回主机字节序的值

IP地址转换API

1.IP字符转换为网络能识别的格式：inet_aton();【ipv4】

#include<sys/scoket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>int inet_aton(const char * cp,struct in_addr *inp);

2.网络格式的IP地址转化为字符串格式inet_nota();【ipv4】

#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>char * inet_ntoa(struct in_addr in);

 3.监听

#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);int sockfd//要监听的socket对应的文件描述符。int backlog//监听的数量最多可以等待几个客户端，比如设置为5，那么连接第6个客户端连接服务器时，就连接不进来了。

4.连接

#include <sys/types.h>    
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);int sockfd//要接收的socket的文件描述符。struct sockaddr *addr//用于存储客户端的ip地址以及端口socklen_t *addrlen//用来存储客户端协议地址的长度的指针。是一个value-result argument，所以我们需要将他初始化为比struct sockaddr *addr长的值，不然就会发生参数错误。

5.数据收发

读函数原型

#include <unistd.h>ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

写函数原型

#include <unistd.h>ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

 读函数原型2

ssize_t recv(int socket, void *buf, size_t len, int flags)
参数一：指定接收端套接字描述符；
参数二：指向一个缓冲区，该缓冲区用来存放recv函数接收到的数据；
参数三：指明buf的长度；
参数四：一般置为0；
返回值：失败时，返回值小于0；超时或对端主动关闭，返回值等于0；成功时，返回值是返回接收数据的长度。

写函数原型2

ssize_t send(int socket, const void *buf, size_t len, int flags);  
参数一：指定发送端套接字描述符；
参数二：指明一个存放应用程序要发送数据的缓冲区；
参数三：指明实际要发送的数据的字节数；
参数四：一般置0；
返回值：失败时，返回值小于0；超时或对端主动关闭，返回值等于0；成功时，返回值是返回发送数据的长度。

socket编程实战

sever.c(服务端)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main(){
int s_fd;
int c_fd;
int c_len;
int n_read;
char readBuf[128];
char *msg = "I get your message.\n";
struct sockaddr_in s_addr;
struct sockaddr_in c_addr;memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(8989);
inet_aton("10.208.108.5",&s_addr.sin_addr);//创建socket
s_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s_fd == -1){
perror("socket\n");
exit(-1);
}
//bind地址bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
//listen
listen(s_fd,10);//acpet
c_len = sizeof(struct sockaddr_in);
c_fd = accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&c_len);
if(c_fd == -1){perror("accept-1\n");
}
printf("Get conneted%s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr));
printf("Connet.\n");
//read
n_read = read(c_fd,readBuf,128);
if (n_read == -1)
{
perror("read");
}
else{
printf("get message %d,%s\n",n_read,readBuf);
}
//write
write(c_fd,msg,strlen(msg));//closereturn 0;
}

 

 client.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main(){
int c_fd;
int c_len;
int c_res;
int n_read;
char readBuf[128];
char *msg = "Message from client.\n";
struct sockaddr_in c_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));c_addr.sin_family = AF_INET;
c_addr.sin_port = htons(8989);
inet_aton("10.208.108.5",&c_addr.sin_addr);//创建socket
c_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(c_fd == -1){
perror("socket\n");
exit(-1);
}
//connect
c_res = connect(c_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr));
if(c_res == -1)
{
perror("connect");
exit(-1);
}
//write
write(c_fd,msg,strlen(msg));//read
n_read = read(c_fd,readBuf,128);
if (n_read == -1)
{
perror("read");
}
else{
printf("Get message from sever: %d,%s\n",n_read,readBuf);
}
//write
write(c_fd,msg,strlen(msg));//closereturn 0;
}

改良1版（可以传IP和端口号）

sever.c (改良1)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc,char **argv){
int s_fd;
int c_fd;
int c_len;
int n_read;
char readBuf[128];
char *msg = "I get your message.\n";
struct sockaddr_in s_addr;
struct sockaddr_in c_addr;memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));
memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
inet_aton(argv[1],&s_addr.sin_addr);//创建socket
s_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(s_fd == -1){
perror("socket\n");
exit(-1);
}
//bind地址bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
//listen
listen(s_fd,10);//acpet
c_len = sizeof(struct sockaddr_in);
while(1)
{
c_fd = accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&c_len);
if(c_fd == -1){perror("accept-1\n");
}
printf("Get conneted%s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr));
printf("Connet.\n");
if(fork() == 0){
//read
n_read = read(c_fd,readBuf,128);
if (n_read == -1)
{
perror("read");
}
else{
printf("get message %d,%s\n",n_read,readBuf);
}
//write
write(c_fd,msg,strlen(msg));
break;
//close
}
}
return 0;
}

client.c(改良1)

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>int main(int argc,char **argv){
int c_fd;
int c_len;
int c_res;
int n_read;
char readBuf[128];
char *msg = "Message from client.\n";
struct sockaddr_in c_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));c_addr.sin_family = AF_INET;
c_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
inet_aton(argv[1],&c_addr.sin_addr);//创建socket
c_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(c_fd == -1){
perror("socket\n");
exit(-1);
}
//connect
c_res = connect(c_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr));
if(c_res == -1)
{
perror("connect");
exit(-1);
}
//write
write(c_fd,msg,strlen(msg));//read
n_read = read(c_fd,readBuf,128);
if (n_read == -1)
{
perror("read");
}
else{
printf("Get message from sever: %d,%s\n",n_read,readBuf);
}
//write
write(c_fd,msg,strlen(msg));//closereturn 0;
}

 sever.c(改良2)实现双方互发消息

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char **argv)
{int s_fd;int c_fd;int c_len;int n_read;char readBuf[128];char msg[128] = {0};struct sockaddr_in s_addr;struct sockaddr_in c_addr;memset(&s_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));memset(&c_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));if (argc != 3){printf("Param ERROR!\n");exit(-1);}s_addr.sin_family = AF_INET;s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));inet_aton(argv[1], &s_addr.sin_addr);// 创建sockets_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (s_fd == -1){perror("socket\n");exit(-1);}// bind地址bind(s_fd, (struct sockaddr *)&s_addr, sizeof(struct sockaddr_in));// listenlisten(s_fd, 10);// acpetc_len = sizeof(struct sockaddr_in);while (1){c_fd = accept(s_fd, (struct sockaddr *)&c_addr, &c_len);if (c_fd == -1){perror("accept");}printf("Get conneted%s\n", inet_ntoa(c_addr.sin_addr));if (fork() == 0){if (fork() == 0){while (1){memset(msg, 0, sizeof(msg));printf("Input:\n");gets(msg);write(c_fd, msg, strlen(msg));}}   // readwhile (1){memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));n_read = read(c_fd, readBuf, 128);if (n_read == -1){perror("read");}else{printf("Get message from client %s\n", readBuf);}}break;}}return 0;
}

 client.c(改良2)实现双方互发消息

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char **argv)
{int c_fd;int c_len;int c_res;int n_read;char readBuf[128];char msg[128] = {0};struct sockaddr_in c_addr;memset(&c_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));if (argc != 3){printf("Param ERROR!\n");exit(-1);}c_addr.sin_family = AF_INET;c_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));inet_aton(argv[1], &c_addr.sin_addr);// 创建socketc_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (c_fd == -1){perror("socket\n");exit(-1);}// connectc_res = connect(c_fd, (struct sockaddr *)&c_addr, sizeof(struct sockaddr));if (c_res == -1){perror("connect");exit(-1);}while (1){if (fork() == 0){while (1){printf("Please Input Message: \n");memset(msg, 0, strlen(msg));gets(msg);write(c_fd, msg, strlen(msg));}}while (1){memset(readBuf, 0, sizeof(readBuf));n_read = read(c_fd, readBuf, 128);if (n_read == -1){perror("read");}else{printf("Get message from sever:%s\n",readBuf);}}}//write(c_fd, msg, strlen(msg));// closereturn 0;
}