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(一)Linux网络编程--网络知识介绍
Linux网络编程--网络知识介绍
客户端和服务端
网络程序和普通的程序有一个最大的区别是网络程序是由两个部分组成的--客户端和服务器端.
客户端
在网络程序中，如果一个程序主动和外面的程序通信，那么我们把这个程序称为客户端程序。 比如我们使用ftp程序从另外一
个地方获取文件的时候，是我们的ftp程序主动同外面进行通信（获取文件）， 所以这个地方我们的ftp程序就是客户端程序。
服务端
和客户端相对应的程序即为服务端程序。被动的等待外面的程序来和自己通讯的程序称为服务端程序。
比如上面的文件获取中，另外一个地方的程序就是服务端，我们从服务端获取文件过来。
互为客户和服务端
实际生活中有些程序是互为服务和客户端。在这种情况项目， 一个程序既为客户端也是服务端。
常用的命令
由于网络程序是有两个部分组成,所以在调试的时候比较麻烦,为此我们有必要知道一些常用的网络命令
netstat
命令netstat是用来显示网络的连接,路由表和接口统计等网络的信息.netstat有许多的选项.
我们常用的选项是-na 用来显示详细的网络状态.至于其它的选项我们可以使用帮助手册获得详细的情况.
telnet
telnet是一个用来登录远程的程序,但是我们完全可以用这个程序来调试我们的服务端程序的.
比如我们的服务器程序在监听8888端口,我们可以用
telnet localhost 8888
来查看服务端的状况.
pingping 程序用来判断网络的状态是否正常，最经常的一个用法是
ping 192.168.0.1
表示我们想查看到192.168.0.1的硬件连接是否正常
TCP/UDP介绍
TCP(Transfer Control Protocol)传输控制协议是一种面向连接的协议, 当我们的网络程序使用这个协议的时候,
网络可以保证我们的客户端和服务端的连接是可靠的,安全的.
UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议是一种非面向连接的协议,
这种协议并不能保证我们的网络程序的连接是可靠的,所以我们现在编写的程序一般是采用TCP协议的.
(二)Linux网络编程--初等网络函数介绍（TCP）
Linux系统是通过提供套接字(socket)来进行网络编程的.网络程序通过socket和其它几个函数的调用,
会返回一个 通讯的文件描述符,我们可以将这个描述符看成普通的文件的描述符来操作,这就是linux的设备无关性的好处.
我们可以通过向描述符读写操作实现网络之间的数据交流.
(一)socket
int socket(int domain, int type,int protocol)
domain:说明我们网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX和AF_INET等).
AF_UNIX只能够用于单一的Unix 系统进程间通信,
而AF_INET是针对Internet的,因而可以允许在远程
主机之间通信(当我们 man socket时发现 domain可选项是 PF_*而不是AF_*,因为glibc是posix的实现所以用PF代替了AF,
不过我们都可以使用的).
type:我们网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等)
SOCK_STREAM表明我们用的是TCP 协议,这样会提供按顺序的,可靠,双向,面向连接的比特流.
SOCK_DGRAM 表明我们用的是UDP协议,这样只会提供定长的,不可靠,无连接的通信.
protocol:由于我们指定了type,所以这个地方我们一般只要用0来代替就可以了 socket为网络通讯做基本的准备.
成功时返回文件描述符,失败时返回-1,看errno可知道出错的详细情况.
(二)bind
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)
sockfd:是由socket调用返回的文件描述符.
addrlen:是sockaddr结构的长度.
my_addr:是一个指向sockaddr的指针. 在中有 sockaddr的定义
struct sockaddr{
unisgned short as_family;
char sa_data[14];
};
不过由于系统的兼容性,我们一般不用这个头文件,而使用另外一个结构(struct sockaddr_in) 来代替.在中有sockaddr_in的定义
struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family;
unsigned short int sin_port;
struct in_addr sin_addr;
unsigned char sin_zero[8];
}
我们主要使用Internet所以
sin_family一般为AF_INET,
sin_addr设置为INADDR_ANY表示可以和任何的主机通信,
sin_port是我们要监听的端口号.sin_zero[8]是用来填充的.
bind将本地的端口同socket返回的文件描述符捆绑在一起.成功是返回0,失败的情况和socket一样
(三)listen
int listen(int sockfd,int backlog)
sockfd:是bind后的文件描述符.
backlog:设置请求排队的最大长度.当有多个客户端程序和服务端相连时, 使用这个表示可以介绍的排队长度.
listen函数将bind的文件描述符变为监听套接字.返回的情况和bind一样.
(四)accept
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)
sockfd:是listen后的文件描述符.
addr,addrlen是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了. bind,listen和accept是服务器端用的函数,
accept调用时,服务器端的程序会一直阻塞到有一个 客户程序发出了连接. accept成功时返回最后的服务器端的文件描述符,
这个时候服务器端可以向该描述符写信息了. 失败时返回-1
(五)connect
int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)
sockfd:socket返回的文件描述符.
serv_addr:储存了服务器端的连接信息.其中sin_add是服务端的地址
addrlen:serv_addr的长度
connect函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回0,sockfd是同服务端通讯的文件描述符 失败时返回-1.
(六)实例
/******* 服务器程序 (server.cpp) ************/
1 #include <iostream> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <stdio.h> 4 #include <errno.h> 5 #include <string.h> 6 #include <unistd.h> 7 #include <netdb.h> 8 #include <sys/socket.h> 9 #include <netinet/in.h> 10 #include <sys/types.h> 11 #include <arpa/inet.h> 12 using namespace std; 13 int main(int argc, char *argv[]) 14 { 15 int sockfd,new_fd; 16 struct sockaddr_in server_addr; 17 struct sockaddr_in client_addr; 18 int sin_size,portnumber; 19 char hello[] = "Hello!Fine? "; 20 if(argc != 2){ 21 fprintf(stderr,"Usage:%s portnumbera ",argv[0]); 22 exit(1);//force quit 23 } 24 if((portnumber=atoi(argv[1])) < 0) 25 { 26 fprintf(stderr,"Usage:%s portnumbera ",argv[0]); 27 exit(1); 28 } 29 /* 服务器端开始建立socket描述符 */ 30 if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1) 31 { 32 fprintf(stderr,"Socket error:%s a",strerror(errno)); 33 exit(1); 34 } 35 /* 服务器端填充 sockaddr结构 */ 36 bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));//#include <string.h>功能：置字节字符串s的前n个字节为零。 37 server_addr.sin_family = AF_INET; 38 server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 39 server_addr.sin_port = htons(portnumber); 40 /* 41 * 42 * htonl()--"Host to Network Long" 43 ntohl()--"Network to Host Long" 44 htons()--"Host to Network Short" 45 ntohs()--"Network to Host Short" 46 * 47 */ 48 //捆绑sockfd描述符 49 if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)) == -1) 50 { 51 fprintf(stderr,"Bind err:%s a",strerror(errno)); 52 exit(1); 53 } 54 /* 监听sockfd描述符*/ 55 if(listen(sockfd,5) == -1) 56 { 57 fprintf(stderr,"Listen error:%s a",strerror(errno)); 58 exit(1); 59 } 60 while (1) { 61 //the server blocks until the client app builds connection. 62 sin_size = sizeof(struct sockaddr_in); 63 if((new_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),(socklen_t*)&sin_size)) == -1) 64 { 65 fprintf(stderr,"Accept error:%s a",strerror(errno)); 66 exit(1); 67 } 68 fprintf(stderr,"Server get connection from %s ",inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); 69 //<arpa/inet.h> 网络字节序IP转化点分十进制IP 70 if(write(new_fd,hello,strlen(hello)) == -1) 71 { 72 fprintf(stderr,"Write Error:%s ",strerror(errno)); 73 exit(1); 74 } 75 close(new_fd); 76 } 77 close(sockfd); 78 exit(0); 79 }
//客户端 client.cpp
1 #include <iostream> 2 #include <stdlib.h> 3 #include <stdio.h> 4 #include <errno.h> 5 #include <string.h> 6 #include <unistd.h> 7 #include <netdb.h> 8 #include <sys/socket.h> 9 #include <netinet/in.h> 10 #include <sys/types.h> 11 #include <arpa/inet.h> 12 13 14 using namespace std; 15 16 int main(int argc,char *argv[]) 17 { 18 int sockfd; 19 char buffer[1024]; 20 struct sockaddr_in server_addr; 21 struct hostent *host; 22 int portnumber,nbytes; 23 24 if(argc!=3) 25 { 26 fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumbera ",argv[0]); 27 exit(1); 28 } 29 30 if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL) 31 { 32 fprintf(stderr,"Gethostname error "); 33 exit(1); 34 } 35 36 if((portnumber=atoi(argv[2]))<0) 37 { 38 fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumbera ",argv[0]); 39 exit(1); 40 } 41 42 //客户程序建立sockfd 43 if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) 44 { 45 fprintf(stderr,"Socket Error:%sa ",strerror(errno)); 46 exit(1); 47 } 48 49 /* 客户程序填充服务端的资料 */ 50 bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); 51 server_addr.sin_family=AF_INET; 52 server_addr.sin_port=htons(portnumber); 53 server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr); 54 55 /* 客户程序发起连接请求 */ 56 if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1) 57 { 58 fprintf(stderr,"Connect Error:%sa ",strerror(errno)); 59 exit(1); 60 } 61 62 /* 连接成功了 */ 63 if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1) 64 { 65 fprintf(stderr,"Read Error:%s ",strerror(errno)); 66 exit(1); 67 } 68 buffer[nbytes]=' '; 69 printf("I have received:%s ",buffer); 70 /* 结束通讯 */ 71 close(sockfd); 72 exit(0); 73 }
gcc编译这两个文件后，生成server和client，当然，为了省事儿，可以用codeblocks直接运行，可以看到目录下新生成server和client。运行 ./server 8080& （其中8080为端口号，可以自行更换），再运行 ./client localhost 8080即可。
(七) 总结
总的来说网络程序是由两个部分组成的--客户端和服务器端.它们的建立步骤一般是:
服务器端
socket-->bind-->listen-->accept
客户端
socket-->connect
(八) 附录
1 sockaddr结构体 2 sockaddr的缺陷：sa_data把目标地址和端口信息混在一起了 3 struct sockaddr { 4 unsigned short sa_family; 5 char sa_data[14]; 6 }; 7 sa_family是通信类型，最常用的值是 "AF_INET" 8 sa_data14字节，包含套接字中的目标地址和端口信息 9 10 11 sockaddr_in 结构体 12 sockaddr_in结构体解决了sockaddr的缺陷，把port和addr 分开储存在两个变量中 13 struct sockaddr_in { 14 short int sin_family; 15 unsigned short int sin_port; 16 struct in_addr sin_addr; 17 struct in_addr { 18 unsigned long s_addr; 19 } 20 21 unsigned char sin_zero[8]; 22 } 23 24 sin_port和sin_addr都必须是NBO 25 一般可视化的数字都是HBO（本机字节顺序） 26 27 28 sin_zero 初始值应该使用函数 bzero() 来全部置零。 29 一般采用下面语句 30 struct sockaddr_in cliaddr; 31 bzero(&cliaddr,sizeof(cliaddr)); 32 33 34 sockaddr_in结构体变量的基本配置 35 struct sockaddr_in ina; 36 37 bzero(&ina,sizeof(ina)); 38 39 ina.sin_family=AF_INET; 40 41 ina.sin_port=htons(23); 42 ina.sin_addr.s_addr = inet_addr("132.241.5.10"); 43 44 45 sockaddr 和 sockaddr_in的相互关系 46 一般先把sockaddr_in变量赋值后，强制类型转换后传入用sockaddr做参数的函数 47 sockaddr_in用于socket定义和赋值 48 sockaddr用于函数参数 49 50 最典型的源、目的节点socket定义 51 对于源、目的地址和源、目的地址端口，需要建立两个socket变量 52 cliaddr绑定源地址和源端口 53 servaddr用于connect和sendto的设定目的地址和目的端口 54 struct sockaddr_in servaddr,cliaddr; 55 56 create_socket(char *server_addr_string,unsigned int server_port) 57 { 58 源socket赋值 59 bzero(&cliaddr,sizeof(cliaddr)); 60 cliaddr.sin_family = AF_INET; 61 通常TCP/UDP 协议源地址和端口都是随机的 62 cliaddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); 63 cliaddr.sin_port = htons(0); 64 65 目的socket赋值 66 bzero(&servaddr,sizeof(servaddr)); 67 servaddr.sin_family = AF_INET; 68 inet_aton(server_addr_string,&servaddr.sin_addr); 69 servaddr.sin_port = htons(server_port); 70 } 71 72 73 网络字节顺序 (Network Byte Order) NBO 74 结构体的sin_port和sin_addr都必须是NBO 75 76 本机字节顺序 (Host Byte Order) HBO 77 一般可视化的数字都是HBO 78 79 NBO，HBO二者转换 80 inet_addr() 将字符串点数格式地址转化成无符号长整型（unsigned long s_addr s_addr;） 81 inet_aton() 将字符串点数格式地址转化成NBO 82 inet_ntoa () 将NBO地址转化成字符串点数格式 83 htons() "Host to Network Short" 84 htonl() "Host to Network Long" 85 ntohs() "Network to Host Short" 86 ntohl() "Network to Host Long" 87 常用的是htons(),inet_addr()正好对应结构体的端口类型和地址类型 88 89 三种给socket赋值地址的方法 90 inet_aton(server_addr_string,&myaddr.sin_addr); 91 myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("132.241.5.10")； 92 INADDR_ANY转不转NBO随便 93 myaddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY); 94 myaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; 95 96 97 两种给socket 赋值端口的方法 98 #define MYPORT 3490 99 myaddr.sin_port = htons(MYPORT); 100 0（随机端口）转不转NBO随便 101 myaddr.sin_port = htons(0); 102 myaddr.sin_port = 0; 103 104 105 htons/l和ntohs/l等数字转换都不能用于地址转换，因为地址都是点数格式，所以地址只能采用数字/字符串转换如inet_aton,inet_ntoa; 106 唯一可以用于地址转换的htons是针对INADDR_ANY 107 cliaddr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY) 108 109 inet_addr()与inet_aton()的区别 110 inet_addr() 是返回值型 111 struct sockaddr_in ina; 112 113 ina.sin_addr.s_addr = inet_addr("132.241.5.10"); 114 inet_aton() 是参数指针型 115 struct sockaddr_in ina; 116 117 inet_aton("132.241.5.10",&ina.sin_addr); 118 119 120 inet_ntoa 将NBO地址转化成字符串点数格式 121 参数：结构体变量.sinaddr 122 返回值：字符串指针 123 a1 = inet_ntoa(ina.sin_addr); 124 printf("address 1: %s ",a1); 125 address 1: 132.241.5.10 126 127 128 inet_addr()的缺陷：必须对-1做检测处理 129 因为inet_addr()的结果是整型，而发生错误时返回-1。 130 而 ina.sin_addr.s_addr是unsigned long型 131 -1在long short显示成111111111,和IP地址255.255.255.255相符合！会被误认为广播地址！