Linux的核心思想之一 "一切皆文件"
内容 , socket在Linux内核的实现的代码及TCP和UDP的实现
网络编程常用头文件: https://blog.csdn.net/jx232515/article/details/51912700
1. 例如本地文件对一个字符串的"aaaaaaa"的读写是 open()返回的句柄 fd 作为载体, 调用 write 和 read 进行读写
而网络文件的和本地文件差不多但多了一些特性 用socket()返回的句柄 socket 传输读写数据前 要再创建一个sockaddr_in 对象 设置好协议族family 地址ip 端口prot 后 把设置好的sockaddr_in 对象利用 bind() 和 socket 绑定 ; 再用 listen()监听socket 有哪些连接和设置最大监听数量
完成上述一系列后可以调用 write 和 read 进行读写 , 也有一些特殊的: accept() connect() (setsocketopt()设置sendbuff和recvbuff的size)
2.内核的socket就是这样一个简单的结构 , 里面每种结构都是函数指针或变量的集合 ,
方便实现每种协议的接口函数名和最终目的相同,但是实现过程却不同的面向对象思想
在Linux内核里 ops是一些函数的集合如accept() connect()等 , file里是一些write() read() 等 , sk是 bind() listen() 等;
每种协议栈的接口函数名是相同的但是内部实现是不同的
3.在创建cocket对象时要告诉内核你要使用哪种协议 , socket()第一个参数添加ipv4/ipv6协议 第三个参数添加TCP/UDP协议也可以为0(默认具体依赖第二个参数) , 第二个参数,如果是流套接字的SOCK_ STREAM默认是TCP协议的 , 如果是数据包套接字SOCK_DGRAM默认是UDP ,还有个原始套接字SOCK_RAW是使用其他协议,具体要给第三个参数
套接字分为三类;
流式socket（SOCK_STREAM）:提供可靠，面向连接的通信流；它使用TCP协议，从而保证了数据传输的正确性和顺序性。
数据报socket(SOCK_DGRAM):数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，无序的，并且不保证可靠，无差错的。它使用的数据报协议是UDP。
原始socket:原始套接字允许对底层协议如TP或ICMP进行直接访问，它功能强大但使用复杂，主要用于一些协议的开发。
4.TCP/IP协议
4.1分层概念 : mac ip tcp
物理层 MAC(源MAC 目标MAC 长度和类型L/T )------>ARP 解决链路和物理连接问题
网络层 IP 解决远程通信问题
传输层 TCP/UDP ---->端口(对应了本机的某个进程) 决定了数据传给哪个进程
应用层 HTTP HTTPS FTP TELNET SSH
4.2 ip格式 点分十进制 二进制
网络字节序(大端)0x12 0x34 0x56 x078 本地字节序(小端) 0x78 0x56 0x34 0x12
case 1 : 点分十进制 转换 网络字节序的二进制 有个专用函数 in_addr_t inet_addr(const char* cp);
case2 : 网络字节序的二进制 转换 点分十进制 char* inet_ntoa(struct in_addr_t in);
4.3子网掩码 用于确定网段的范围 24位能用0~255个ip地址 28位能用14个IP地址和一个255广播地址
24 == 32位二进制中有 24位是1 剩下的8位是0 (一个字节2位)
255.255.255.0 == 11111111.11111111.11111111.00000000
4.4 拆包和封包过程
5.TCP编程原理和流程
socket()的返回值: 成功 >0 (返回文件描述符的序号) , 失败 -1 ( 创建失败 INVALID_SOCKET也是-1 )
bind()的返回值: 成功 0 , 失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)
listen() : 成功0 , 失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)
accept() : 成功>0(返回文件描述符的序号一般从3开始) , 失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)
connect() : 成功 0 , 失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)
recv/recvfrom() : 成功 >0 (返回字符串的len) , =0 (断开连接) ,失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)
send/sendto() :成功 >0 (返回字符串的len) , =0 (断开连接) ,失败 <0 (可用WSAGETLASTERROR 函数取错误码)
recv和recvfrom的区别在于recvfrom可以获取或设置对端的信息(明确发送或接收的目标), send和sendto同理
sendto可以在参数中指定发送的目标地址 , 适用于发送未建立连接的UDP数据包 , send需要socket已建立连接,sendto可用于无连接的socket
对于有连接的socket,两者一样,sendto最后两个参数没用
int sendto(int s, const void * msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr * to, int tolen);
int send( SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags );
阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起。函数只有在得到结果之后才会返回; connect 和 accept 都是阻塞函数
5.1 TCP服务端
#include<stdio.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include<pthread.h> /* 面向对象三步:创建对象 设置对象 分配对象 */ int main( int argc, char* argv[] ) { //1. creat socket int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); if(sock < 0) { printf("create socket fail"); return 1; } //2.set socket //设置本地协议族和地址端口 设置时用sockaddr_in 绑定 或使用时强转sockaddr* struct sockaddr_in local; local.sin_family = AF_INET; //协议族 //htons: host to network 把本地端口转换成网络的 ntohs 相反 local.sin_port = htons(8881); //端口 //inet_addr点分十进制转换网络二进制 local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //源地址 inet_addr()点分十进制(255.255.255.0))转换成网络字节序的二进制(1111.1111.1111.0) //3.分配对象 if(bind(sock,(struct sockaddr *)&local,sizeof(local)) < 0) //将源信息local绑定到套接字socket上 { perror("bind error "); close(sock); return 2; } printf("bind success "); //4.连接 if(listen(sock,10) < 0) //接受连接和设置最大连接数 { perror("listen error "); close(sock); return 3; } printf("Listen success "); struct sockaddr_in peer; //保存对端信息 socklen_t len = sizeof(peer); //5.监听 int fd = accept(sock,(struct sockaddr *)&peer ,&len); //阻塞函数直到有客户端连接也可以选择不保存第二第三可以为NULL if(fd < 0) { perror("accept error "); close(sock); return 4; } printf("accept success "); char recvbuff[128]; //6.开始通信 while(1) { memset(recvbuff,0,sizeof(recvbuff)); //recv(fd, recvbuff, sizeof(recvbuff),0); read(fd, recvbuff, sizeof(recvbuff)); //读取accept返回的对端数据 if(strcmp(recvbuff,"exit ")==0) break; fputs(recvbuff, stdout); ///send(fd, recvbuff, sizeof(recvbuff),0); write(fd, recvbuff, sizeof(recvbuff)); //往对端写入数据 } close(fd); close(sock); return 0; }
5.2客户端
#include<stdio.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> #include<string.h> #include<unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include<pthread.h> int main( int argc, char* argv[] ) { //1. creat socket int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); if(sock < 0) { perror("socket error "); return 1; } printf("socket success! "); //2.set socket struct sockaddr_in local; local.sin_family = AF_INET; local.sin_port = htons(8881); local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); if(connect(sock , (struct sockaddr* )&local , sizeof(local)) < 0) //连接服务器 { perror("connect error "); close(sock); return 2; } printf("connect success! "); char recvbuff[128]; char sendbuff[128]; while(fgets(sendbuff,sizeof(sendbuff),stdin)) { write(sock,sendbuff,strlen(sendbuff)); if(0 == strcmp(sendbuff,"exit ")) break; read(sock,recvbuff,sizeof(recvbuff)); fputs(recvbuff,stdout); memset(sendbuff, 0,sizeof(sendbuff)); memset(recvbuff, 0,sizeof(recvbuff)); } close(sock); return 0; }
6.UDP协议
客户端不需要绑定是因为在使用sendto()
sendto() 和 recvfrom() 返回值 为整型，如果成功，则返回发送的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR。
recvfrom() 用serversock接收客户端的数据包和ip信息并另存为buff 和 最后两个参数
s:套接字,
buff:接收数据缓冲区 ,
bufflen:缓冲区长度 ,
flags:调用操作方式(一般是0) ,
from:指针(保存发送端的信息),
fromlen:保存的长度 (socklen_t类型的变量的首地址) &len
sendto()
s:套接字,
buff:发送数据缓冲区 ,
bufflen:缓冲区长度 ,
flags:调用操作方式(一般是0) ,
from:指针(指向发送端信息),
fromlen:发送的长度 (sizeof() 或传入 socklen_t类型的变量) len
数据类型socklen_t和int具有相同的长度.否则就会破坏 BSD套接字层的填充 转换使用
6.1 服务端
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <errno.h> #include <stdlib.h> #include <arpa/inet.h> int main( int argc, char* argv[] ) { int serverSock = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); struct sockaddr_in local; local.sin_family = AF_INET; local.sin_port = htons(8888); local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); printf("socket success "); int bindr = bind(serverSock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)); if( bindr < 0) { perror("bind error"); close(serverSock); return 1; } printf("bind success "); struct sockaddr_in clientSock; socklen_t len = sizeof(clientSock); char buff[128]; while(1) { memset(buff,0,sizeof(buff));
//recv()和accept()的结合体 recvfrom(serverSock,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr*)&clientSock,&len); fputs(buff,stdout);
//send()和connect()的结合体 sendto(serverSock,buff,sizeof(buff),0,(struct sockaddr*)&clientSock,len); }
close(serverSock); return 0; }
6.2客户端
#include <stdio.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <errno.h> #include <stdlib.h> #include <arpa/inet.h> int main( int argc, char* argv[] ) { //1.create socket int clientsock = socket(AF_INET , SOCK_DGRAM , 0); //2.set socket struct sockaddr_in local; local.sin_family = AF_INET; local.sin_port = htons(8888); local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); if(clientsock < 0) { perror("socket perror");
close(clientsock); return -1; } printf("socket Success "); socklen_t len; char buf[128] ; while(1) { printf("aaa:"); fgets(buf,sizeof(buf),stdin); //往8888端口发送buf if(sendto(clientsock,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0) { perror("sendto error");
close(clientsock); return 1; } socklen_t len = sizeof(local); recvfrom(clientsock,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)&local,&len); fputs(buf,stdout); memset(buf,0,sizeof(buf)); } close(clientsock); return 0; }
7.进阶
- udp广播数据包(广播只能是udp实现)
路由器不转发广播数据包, 交换机会转发广播数据包 . 广播只能在一个广播域(局域网)中传播 , 而不能跨网段传播
能够在组播组里进行传播 , 且路由器可以进行组播数据包转发, 能跨局域网传播(必须是同一个组播组)
广播组播的区别: 都是用setsockopt开启,但是组播有ip 广播没有
- 如何识别广播包
MAC: 广播包的目标mac 是全ff FF:FF:FF:FF:FF:FF
IP: 当前网段的最后一个地址 x.x.x.255
8.socket选项设置与读取函数
详解 https://blog.csdn.net/a493203176/article/details/70053137
SOCKET sock, 指向一个打开的套接口描述字
int level, 指定选项的类型。
SOL_SOCKET: 基本套接口
IPPROTO_IP: IPv4套接口
IPPROTO_IPV6: IPv6套接口
IPPROTO_TCP: TCP套接口
int optname, 选项的名称
char* optval, 是一个指向变量的指针 类型：整形，套接口结构， 其他结构类型:linger{}, timeval{ } 默认为0(false)不开启广播 , 1(ture)为开启
int optlen optval 的大小
int getsockopt() 用法 https://www.cnblogs.com/wangshuo/archive/2011/04/20/2022279.html