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网络编程套接字

news 来源：原创 2025/9/15 9:50:01

目录

一、认识端口号

二、端口号和进程ID

三、TCP/UDP协议

四、网络字节序

五、socket编程接口 

5.1socket的常见API

5.2socketaddr结构

六、简单的UDP程序

七、地址转换函数

八、简单的TCP网络程序

九、Tcp协议通讯流程 

9.1基于TCP协议的客户端/服务器程序的一般流程 

一、认识端口号

  • 端口号port是传输层协议的内容
  • 端口号是一个2字节16位的整数
  • 端口号用来标识一个进程，告诉操作系统，当前的这个数据要交给哪一个进程来处理
  • IP地址 + 端口号能够标识网络上的某一台主机的某一个进程

  • 一个端口号只能被一个进程占用

二、端口号和进程ID

  • 一个进程可以绑定多个端口号
  • 但是一个端口号不能被多个进程绑定
  • 传输层协议(TCP和UDP)的数据段中有两个端口号，分别叫做源端口号和目的端口号，就是在描述 "数据是谁发的，要 发给谁"

三、TCP/UDP协议

  • 认识TCP协议
  1. 传输层协议
  2. 需要建立连接
  3. 可靠传输数据
  4. 面向字节流
  • 认识UDP
  1. 传输层协议
  2. 不需要建立连接
  3. 可靠传输
  4. 面向数据报

四、网络字节序

  • 发送主机通常将发送缓冲区中的数据按内存地址从低到高的顺序发出，接收主机把从网络上接到的字节依次保存在接收缓冲区中，也是按内存地址从低到高的顺序保存
  • 网络数据流的地址应这样规定：先发出的数据是低地址，后发出的数据是高地址
  • TCP/IP协议规定，网络数据流应采用大端字节序，即低地址高字节
  • 不管这台主机是大端机还是小端机，都会按照这个TCP/IP规定的网络字节序来发送/接收数据
  • 如果当前发送主机是小端，就需要先将数据转成大端，否则就忽略, 直接发送即可
  • 为使网络程序具有可移植性，使同样的C代码在大端和小端计算机上编译后都能正常运行，可以调用以下库函数做网络字节序和主机字节序的转换

五、socket编程接口 

5.1socket的常见API

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器)      
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
// 开始监听socket (TCP, 服务器)
int listen(int socket, int backlog);
// 接收请求 (TCP, 服务器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
// 建立连接 (TCP, 客户端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

5.2socketaddr结构

  • socket API是一层抽象的网络编程接口，适用于各种底层网络协议，如IPv4、IPv6，以及后面要讲的UNIX Domain Socket，然而，各种网络协议的地址格式并不相同
  • IPv4和IPv6的地址格式定义在netinet/in.h中，IPv4地址用sockaddr_in结构体表示，包括16位地址类型，16 位端口号和32位IP地址
  • IPv4、IPv6地址类型分别定义为常数AF_INET、AF_INET6
  • 只要取得某种sockaddr结构体的首地址，不需要知道具体是哪种类型的sockaddr结构体，就可以根据地址类型字段确定结构体中的内容
  • socket API可以都用struct sockaddr *类型表示，在使用的时候需要强制转化成sockaddr_in
  • 好处是程序的通用性, 可以接收IPv4、 IPv6、 以及UNIX Domain Socket各种类型的sockaddr结构体指针做为参数
  • sockaddr_in这个结构里主 要有三部分信息: 地址类型，端口号，IP地址
  • in_addr用来表示一个IPv4的IP地址，其实就是一个32位的整数

六、简单的UDP程序

复习Udp Socket · b22f539 · 阿赭/复习 - Gitee.com

七、地址转换函数

  • 字符串转in_addr的函数
#include <arpa/inet.h>
int inet_aton(const char *strptr, struct in_addr *addrptr);
in_addr_t inet_addr(const char *strptr);
int inet_pton(int family, const char *strptr,void *addrptr);
  • in_addr转字符串的函数:
char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);
const char_*inet_ntop(int_family, const void *addrptr, char *strptr,
size t len);
  • 其中inet_pton和inet_ntop不仅可以转换IPv4的in_addr，还可以转换IPv6的in6_addr，因此函数接口是void *addrptr
  • inet_ntoa这个函数返回了一个char*，很显然是这个函数自己在内部为我们申请了一块内存来保存ip的结果，那么是否需要调用者手动释放呢？
  • man手册上说，inet_ntoa函数是把这个返回结果放到了静态存储区，这个时候不需要我们手动进行释放，如果我们调用多次这个函数，会有什么样的效果呢？
  • 因为inet_ntoa把结果放到自己内部的一个静态存储区，这样第二次调用时的结果会覆盖掉上一次的结果
  • inet_ntoa不是线程安全的函数，在多线程环境下，推荐使用inet_ntop，这个函数由调用者提供一个缓冲中区保存结果，可以规避线程安全问题

八、简单的TCP网络程序

socket()打开一个网络通讯端口

如果成功的话，就像open()一样返回一个文件描述符

应用程序可以像读写文件一样用read/write在网络上收发数据

如果socket()调用出错则返回-1

对于IPv4, family参数指定为AF_INET

对于TCP协议，type参数指定为SOCK_STREAM, 表示面向流的传输协议

protocol参数的介绍从略，指定为0即可 

服务器程序所监听的网络地址和端口号通常是固定不变的

客户端程序得知服务器程序的地址和端口号后 就可以向服务器发起连接

服务器需要调用bind绑定一个固定的网络地址和端口号

bind()成功返回0,失败返回-1

bind()的作用是将参数sockfd和myaddr绑定在一起，使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听 myaddr所描述的地址和端口号

struct sockaddr *是一个通用指针类型，myaddr参数实际上可以接受多种协议的sockaddr结构体，而它们的长度各不相同，所以需要第三个参数addrlen指定结构体的长度

bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr_= htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin port= htons(SERV_PORT);//1.将整个结构体清零;
//2.设置地址类型为AF_INET;
//3.网络地址为INADDR_ANY, 这个宏表示本地的任意IP地址,因为服务器可能有多个网卡,每个网卡也可能绑
定多个IP 地址,这样设置可以在所有的IP地址上监听,直到与某个客户端建立了连接时才确定下来到底用哪个IP 地址;
//4.端口号为SERV_PORT

listen()声明sockfd处于监听状态，并且最多允许有backlog个客户端处于连接等待状态

如果接收到更多的连接请求就忽略，这里设置不会太大(一般是5)

listen()成功返回0,失败返回-1

三次握手完成后，服务器调用accept()接受连接

如果服务器调用accept()时还没有客户端的连接请求，就阻塞等待直到有客户端连接上来

addr是一个传出参数，accept()返回时传出客户端的地址和端口号

如果给addr参数传NULL，表示不关心客户端的地址

addrlen参数是一个传入传出参数(value-result argument)，传入的是调用者提供的，缓冲区addr的长度以避免缓冲区溢出问题，传出的是客户端地址结构体的实际长度(有可能没有占满调用者提供的缓冲区) 

客户端需要调用connect()连接服务器

connect和bind的参数形式一致， 区别在于bind的参数是自己的地址，而connect的参数是对方的地址

connect()成功返回0,出错返回-1 

复习Tcp Socket · 5f3c986 · 阿赭/复习 - Gitee.com

  • 由于客户端不需要固定的端口号，因此不必调用bind()，客户端的端口号由内核自动分配 
  •   客户端不是不允许调用bind()， 只是没有必要调用bind()固定一个端口号，否则如果在同一台机器上启动多个客户端，就会出现端口号被占用导致不能正确建立连接
  • 服务器也不是必须调用bind()，但如果服务器不调用bind()，内核会自动给服务器分配监听端口，每次启动服务器时端口号都不一样, 客户端要连接服务器就会遇到麻烦  

九、Tcp协议通讯流程 

9.1基于TCP协议的客户端/服务器程序的一般流程 

  • 服务器初始化:
  1. 调用socket，创建文件描述符
  2. 调用bind，将当前的文件描述符和ip/port绑定在一起，如果这个端口已经被其他进程占用了, 就会bind失败
  3. 调用listen， 声明当前这个文件描述符作为一个服务器的文件描述符，为后面的accept做好准备
  4. 调用accecpt，并阻塞，等待客户端连接过来
  • 建立连接的过程:
  1. 调用socket，创建文件描述符
  2. 调用connect，向服务器发起连接请求，connect会发出SYN段并阻塞等待服务器应答;(第一次)
  3. 服务器收到客户端的SYN，会应答一个SYN-ACK段表示"同意建立连接"(第二次)
  4. 客户端收到SYN-ACK后会从connect()返回，同时应答一个ACK段(第三次)
  • 数据传输的过程：
  1. 建立连接后，TCP协议提供全双工的通信服务，所谓全双工的意思是，在同一条连接中，同一时刻，通信双方可以同时写数据，相对的概念叫做半双工，同一条连接在同一时刻，只能由一方来写数据
  2. 服务器从accept()返回后立刻调 用read()，读socket就像读管道一样，如果没有数据到达就阻塞等待
  3. 这时客户端调用write()发送请求给服务器，服务器收到后从read()返回，对客户端的请求进行处理，在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答
  4. 服务器调用write()将处理结果发回给客户端，再次调用read()阻塞等待下一条请求
  5. 客户端收到后从read()返回，发送下一条请求，如此循环下去
  • ​​​​​​​断开连接的过程：
  1. 如果客户端没有更多的请求了，就调用close()关闭连接，客户端会向服务器发送FIN段(第一次)
  2. 此时服务器收到FIN后，会回应一个ACK，同时read会返回0 (第二次);
  3. read返回之后，服务器就知道客户端关闭了连接，也调用close关闭连接，这个时候服务器会向客户端发送 一个FIN (第三次)
  4. 客户端收到FIN，再返回一个ACK给服务器(第四次)

 

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编程日记 2025/9/13 21:58:15

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&#x1f345; 点击文末小卡片 &#xff0c;免费获取网络安全全套资料&#xff0c;资料在手&#xff0c;涨薪更快 Nmap网络安全审计 什么是Nmap Nmap是由Gordon Lyon设计并实现的&#xff0c;于1997开始发布。最初设计Nmap的目的只是希望打造一款强大的端口扫描工具。但是随着…...

编程日记 2025/9/10 21:32:19

deepseek sse流式输出

链接 semi-ui-vue聊天组件 - 可以用这个组件优化界面 sse服务端消息推送 webflux&webclient Hi-Dream-Blog - 参考这个博客&#xff0c;可以在后台将markdown语法转为html 文章目录 链接效果代码pom.xmlDeepSeekControllerWebConfigDeepSeekClientAiChatRequestAiChatM…...

编程日记 2025/9/15 6:44:36

opencv(6): 形态学操作(二值化、自适应阈值、开闭、对比度）

如何在图片中识别出一些物体的位置。具体是什么不是形态学的范畴。 处理方法基本是对二进制图像进行处理。 卷积核决定着图像处理后的效果。 图像二值化 将图像的每个像素变成两种值&#xff0c; 如 0&#xff0c; 255。 全局二值化&#xff1a;全局按照某个阈值二值化 局部…...

编程日记 2025/9/14 14:13:37

P8681 [蓝桥杯 2019 省 AB] 完全二叉树的权值--完全 “二叉树” 不一定是 “满二叉树”

P8681 [蓝桥杯 2019 省 AB] 完全二叉树的权值 题目分析代码 题目 分析 我吧完全二叉树记成满二叉树了^^ 又卡我几分钟 代码 #include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <algorithm> #include <math.h> #include <qu…...

编程日记 2025/9/10 17:41:06

Python驱动的餐饮企业智能数据分析：从数据清洗到可视化决策全流程实战

文章目录 Python驱动的餐饮企业智能数据分析：从数据清洗到可视化决策全流程实战引言一、案例背景1.1 需求分析1.2 数据准备1.2.1 模拟数据生成代码二、数据处理全流程2.1 数据清洗2.1.1 缺失值处理2.1.2 异常值检测2.2 核心指标计算2.2.1 营业额分析2.2.2 门店表现评估2.2.3 菜…...

编程日记 2025/9/14 1:47:31

深入理解IP子网掩码子网划分{作用} 以及 不同网段之间的ping的原理 以及子网掩码的区域划分

目录 子网掩码详解 子网掩码定义 子网掩码进一步解释 子网掩码的作用 计算总结表 子网掩码计算 子网掩码对应IP数量计算 判断IP是否在同一网段 1. 计算步骤 2. 示例 3. 关键点 总结 不同网段通信原理与Ping流程 1. 同网段通信 2. 跨网段通信 网段计算示例 3. P…...

编程日记 2025/9/11 12:34:51