初探网络编程

网络编程是Linux开发中的重要部分，Linux环境网络编程是基于Socket的C语言编程，Socket本意是插座，它在网络中描述不同计算机之间通信的方式。网络通信中可以使用TCP或者UDP协议，对于我们来说不会太关心协议本身的细节，而是更关注不同主机之间传输的过程，因此制定了一种用于网络传输数据的编程接口，称为套接字（Socket）。

Socket编程接口内容很多，我自己看了一部分之后感觉学习过程中需要分析数据通信的过程，理解网络中的基础知识才不至于混肴。下面是一些网络编程的基本操作。 

1、网络编程的基本概念

  1. IP地址
    网络中的计算机均有唯一IP地址，用来标识它在网路中的身份，我们常见的就是点分十进制写法的IP地址，如“210.187.77.10”。实际上在通信过程中IP地址是以整型方式存储的，如“193921391”。我们看到的点分十进制IP地址是由网络整型IP转为点分IP字符串得到的。
  2. 端口 网络中的端口不同于硬件中的端口，IP地址标识了网络世界的主机，端口号指明了主机中的具体网络程序，比如FTP端口号是21，端口范围是0～65535，低于256的是系统保留端口。
  3. 域名 域名是用来代替IP地址来直观标识计算机的直观名称，如百度IP http://www.baidu.com. ping www.baidu.com 表明域名指向的IP地址是202.108.22.43.
  4. TCP/UDP
    TCP与UDP是两种不同的网络传输方式，使用IP和Port,要使用一种约定方式进行数据传输，TCP/UDP就是网络中两种数据传输约定，主要区别是数据传输时是否进行连接。 

2、套接字

区别不同应用程序进程间通信和连接，只要使用三个参数：通信的目的IP，使用的传输层协议（TCP/IP）和端口号，编程时这三个参数构成一个套接字接口。 

C程序进行套接字编程时，使用sockaddr_in数据类型，这是系统定义的结构体，用于保存套接字信息，定义如下： 

struct socketaddr
{
    usigned short int sin_family;
    uint16_t sin_port;
    struct in_addr sin_addr;
    unsigned char sin_zero[8];
}
  • sin_family:指定通信的地址类型，如果是TCP/IP通信，该值为AF_INET。
  • sin_port:套接字使用的端口号。
  • sin_addr:要访问的IP地址。
  • sin_zero:未使用的字段，填充为0。

套接字的类型

  • 流套接字（SOCK_STREAM）
    面向连接的可靠数据通信方式，即TCP协议；
  • 数据报套接字（SOCK_DGRAM） 面向无连接的数据通信方式，即UDP协议；
  • 原始套接字（SOCK_RAW） 前面两种是系统定义的，所有信息都要按照这种方式金星封装，原始套接是没有经过处理的IP数据包，可以按照自己程序的要求进行封装。 

3、域名与IP

域名取得相对应的IP地址
struct hostent *gethostbyname(const char *name);
name是保存域名的字符串，函数返回指向hostent结构体的指针，hostent结构体定义如下： 

struct hostent
{
    char *h_name;
    char **h_aliases;
    int h_addrtype;
    int h_length;
    char **h_addr_list;
}

h_name 主机名称
h_aliases 主机别名
h_addrtype 主机名类型
h_length 地址长度
h_addr_list 主机IP 

IP取得相对应的域名
struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr,socklen_t len,int type);
参数列表中addr是保存IP地址的字符串，len是IP地址长度，type一般为AF_INET。

4、网络协议

网络协议是指不同计算机之间进行通信的约定，在进行网络编程时需要遵循这些协议。 

  • 由协议名取得协议数据
    struct protoent *getprotobyname(char *name);
    name是一个协议名称字符串，返回一个protoent结构体指针，protoent定义如下： 
struct protoent
{
    char *p_name;
    char **p_aliases;
    int p_proto;
}

p_name：协议的名称
p_aliases：协议的别名
p_proto：协议的序号
struct protoent *pro=getprotobyname(“tcp”)；

  • 由协议编号取得协议数据
    struct protoent *pro=getprotobynumber(“tcp”)；

  • 获得系统支持的所有协议
    struct protoent *pro

while(pro=getprotoent())
{
    ...
}

5、网络服务

所谓网络服务，指的是网络上的计算机通过运行程序，为其他计算机提供信息或运算的功能。 

  • 函数getserent的作用是获取系统所支持的服务，getservent函数定义如下
    struct servent *getservent(void);
    servent结构体如下 
struct servent
{
    char *s_name;
    char **s_aliases;
    int s_port;
    char *s_proto;
}

s_name:服务名
s_aliases:服务别名
s_port:服务端口号
s_proto:服务使用的协议 

  • 服务名称获取服务
    struct servent *getservbyname(char *name,char *proto);

  • 端口取得服务名称
    struct servent *getservbyport(int port,char *proto);

6、网络地址的转换

网络地址本是用32位二进制数来表示的，为了记忆方便，可以用点分十进制数来表示IP地址。同时，网络传输与计算机内部的字符存储方式是不同的，需要相关函数将端口号进行转换。 

  • 网络地址转换为整型
    函数inet_addr可以将网络IP转为十进制长整型数。
    long inet_addr(char *cp);
    参数cp是一个IP地址字符串，使用这个函数前需要包含头文件 
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
  • 长整型地址转为网络地址
    函数inet_ntoa可以将整形地址转为网络地址，进而转换为点分十进制地址。
    char *inet_ntoa(struct in_addr in);
    使用实例： 
struct in_addr ip;
ip.s_addr=16885952;
printf("%s",inet_ntoa(ip));
  • 主机字符顺序与网络字符顺序的转换
    计算机中的整型与网络中的整型进行交换时，需要相关的函数进行交换。这些函数如下 
uint32_t htonl(uint32_t hostlong)
uint16_t htons(uint16_t hostshort)
uint32_t ntohl(uint32_t netlong)
uint16_t ntohs(uint16_t netshort)

7、错误处理

  • herror函数显示错误
    函数herror可以显示上一个网络函数发生的错误，定义如下
    void herror(const char *s);
    函数参数是字符串，调用函数是首先输出字符串信息，然后输出错误信息 
char s[]="error:";
herror(s);
  • 捕获错误编号
    网络程序中使用下面的语句来捕获错误编号：
    extern int h_errno;
    捕获到错误编号后，可以用hstrerror函数输出错误信息 
char *hstrerror(int err)   //err是上面捕获的错误编号h_errno

以上是socket编程的基础知识！

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