Linux环境下的网络编程

grjboy30

本文介绍了在Linux环境下的socket编程常用用法及socket编程的一般规则和客户/服务器模型的编程应注意的事项和常遇问题的解决方法，并举了具体代码实例。要理解本文所谈的技术问题需要读者具有一定的编程经验和TCP/IP方面的基本知识。要实习本文的示例，需要Linux下的gcc编译平台支持。 \r\n\r\n　　 Socket定义 \r\n\r\n　　 网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用—Socket()，该返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种：流式Socket—SOCK_STREAM和数据报式Socket—SOCK_DGRAM。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。 \r\n\r\n　　 Socket编程相关数据类型定义 \r\n\r\n　　 计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换。 \r\n\r\n　　 我们要讨论的第一个结构类型是：struct sockaddr，该类型是用来保存socket信息的： \r\n\r\n　　 struct sockaddr { \r\n\r\n　　 unsigned short sa_family; /* 地址族， AF_xxx */ \r\n\r\n　　 char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */ }; \r\n\r\n　　 sa_family一般为AF_INET；sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。 \r\n\r\n　　 另外还有一种结构类型： \r\n\r\n　　 struct sockaddr_in { \r\n\r\n　　 short int sin_family; /* 地址族 */ \r\n\r\n　　 unsigned short int sin_port; /* 端口号 */ \r\n\r\n　　 struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */ \r\n\r\n　　 unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持与struct sockaddr同样大小 */ \r\n\r\n　　 }; \r\n\r\n　　 这个结构使用更为方便。sin_zero(它用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr同样的长度)应该用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的可以相互转换，这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时，你可以在调用的时候将一个指向sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的；或者相反。sin_family通常被赋AF_INET；sin_port和sin_addr应该转换成为网络字节优先顺序；而sin_addr则不需要转换。 \r\n\r\n　　 我们下面讨论几个字节顺序转换： \r\n\r\n　　 htons()--\"Host to Network Short\" ; htonl()--\"Host to Network Long\" \r\n\r\n　　 ntohs()--\"Network to Host Short\" ; ntohl()--\"Network to Host Long\" \r\n\r\n　　 在这里， h表示\"host\" ，n表示\"network\"，s 表示\"short\"，l表示 \"long\"。 \r\n\r\n　　 打开socket 描述符、建立绑定并建立连接 \r\n\r\n　　 socket原型为： \r\n\r\n　　 int socket(int domain, int type, int protocol); \r\n\r\n　　 domain参数指定socket的类型：SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM；protocol通常赋值“0”。Socket()调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。 \r\n\r\n　　 一旦通过socket调用返回一个socket描述符，你应该将该socket与你本机上的一个端口相关联（往往当你在设计服务器端程序时需要调用该函数。随后你就可以在该端口监听服务请求;而客户端一般无须调用该函数）。 Bind原型为： \r\n\r\n　　 int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen); \r\n\r\n　　 Sockfd是一个socket描述符，my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的;addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。 \r\n\r\n　　 最后，对于bind 要说明的一点是，你可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号： \r\n\r\n　　 my_addr.sin_port = 0; /* 系统随机选择一个未被使用的端口号 */ \r\n\r\n　　 my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本机IP地址 */ \r\n\r\n　　 通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样，通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY，系统会自动填入本机IP地址。Bind()函数在成功被调用时返回0；遇到错误时返回“-1”并将errno置为相应的错误号。另外要注意的是，当调用时，一般不要将端口号置为小于1024的值，因为1~1024是保留端口号，你可以使用大于1024中任何一个没有被占用的端口号。 \r\n\r\n　　 Connect()函数用来与远端服务器建立一个TCP连接，其原型为： \r\n\r\n　　 int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen); \r\n\r\n　　 Sockfd是目的服务器的sockt描述符；serv_addr是包含目的机IP地址和端口号的。遇到错误时返回-1，并且errno中包含相应的错误码。进行客户端程序设计无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，内核会自动选择一个未被占用的端口供客户端来使用。 \r\n\r\n　　 Listen()——监听是否有服务请求 \r\n\r\n　　 在服务器端程序中，当socket与某一端口捆绑以后，就需要监听该端口，以便对到达的服务请求加以处理。 \r\n\r\n　　 int listen(int sockfd， int backlog); \r\n\r\n　　 Sockfd是Socket系统调用返回的socket 描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept()它们（参考下文）。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。当listen遇到错误时返回-1，errno被置为相应的错误码。 \r\n\r\n　　 故服务器端程序通常按下列顺序进行调用： \r\n\r\n　　 socket(); bind(); listen(); /* accept() goes here */ \r\n\r\n　　 accept()——连接端口的服务请求。 \r\n\r\n　　 当某个客户端试图与服务器监听的端口连接时，该连接请求将排队等待服务器accept()它。通过调用accept()函数为其建立一个连接，accept()将返回一个新的socket描述符，来供这个新连接来使用。而服务器可以继续在以前的那个 socket上监听，同时可以在新的socket描述符上进行数据send()（发送）和recv()（接收）操作： \r\n\r\n　　 int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen); \r\n\r\n　　 sockfd是被监听的socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某台主机从某个端口发出该请求）；addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型变量。错误发生时返回一个-1并且设置相应的errno值。 \r\n\r\n　　 Send()和recv()——数据传输 \r\n\r\n　　 这两个是用于面向连接的socket上进行数据传输。 \r\n\r\n　　 Send()原型为： \r\n\r\n　　 int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); \r\n\r\n　　 Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符，msg是一个指向要发送数据的。 \r\n\r\n　　 Len是以字节为单位的数据的长度。flags一般情况下置为0（关于该参数的用法可参照man手册）。 \r\n\r\n　　 char *msg = \"Beej was here!\"; int len， bytes_sent; ... ... \r\n\r\n　　 len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0); ... ... \r\n\r\n　　 Send()返回实际上发送出的字节数，可能会少于你希望发送的数据。所以需要对send()的返回值进行测量。当send()返回值与len不匹配时，应该对这种情况进行处理。 \r\n\r\n　　 recv()原型为： \r\n\r\n　　 int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags); \r\n\r\n　　 Sockfd是接受数据的socket描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。Flags也被置为0。Recv()返回实际上接收的字节数，或当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。 \r\n\r\n　　 Sendto()和recvfrom()——利用数据报方式进行数据传输 \r\n\r\n　　 在无连接的数据报socket方式下，由于本地socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址，sendto()原型为： \r\n\r\n　　 int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen); \r\n\r\n　　 该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。Sendto 也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。 \r\n\r\n　　 Recvfrom()原型为： \r\n\r\n　　 int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen); \r\n\r\n　　 from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof (struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno。 \r\n\r\n　　 应注意的一点是，当你对于数据报socket调用了connect()时，你也可以利用send()和recv()进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。 \r\n\r\n　　 Close()和shutdown()——结束数据传输 \r\n\r\n　　 当所有的数据操作结束以后，你可以调用close()来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作：close(sockfd); \r\n\r\n　　 你也可以调用shutdown()函数来关闭该socket。该允许你只停止在某个方向上的数据传输，而一个方向上的数据传输继续进行。如你可以关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据，直至读入所有数据。 \r\n\r\n　　 int shutdown(int sockfd,int how); \r\n\r\n　　 Sockfd的含义是显而易见的，而参数 how可以设为下列值： \r\n\r\n　　 ·0-------不允许继续接收数据 \r\n\r\n　　 ·1-------不允许继续发送数据 \r\n\r\n　　 ·2-------不允许继续发送和接收数据，均为允许则调用close () \r\n\r\n　　 shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1（并置相应errno）。 \r\n\r\n　　 DNS——域名服务相关 \r\n\r\n　　 由于IP地址难以记忆和读写，所以为了读写记忆方便，人们常常用域名来表示主机，这就需要进行域名和IP地址的转换。函数gethostbyname()就是完成这种转换的，原型为： \r\n\r\n　　 struct hostent *gethostbyname(const char *name); \r\n\r\n　　 返回一种名为hosten的结构类型，它的定义如下： \r\n\r\n　　 struct hostent { \r\n\r\n　　 char *h_name; /* 主机的官方域名 */ \r\n\r\n　　 char **h_aliases; /* 一个以NULL结尾的主机别名数组 */ \r\n\r\n　　 int h_addrtype; /* 返回的地址类型，在Internet环境下为AF-INET */ \r\n\r\n　　 int h_length; /*地址的字节长度 */ \r\n\r\n　　 char **h_addr_list; /* 一个以0结尾的数组，包含该主机的所有地址*/ \r\n\r\n　　 }; \r\n\r\n　　 #define h_addr h_addr_list[0] /*在h-addr-list中的第一个地址*/ \r\n\r\n　　 当 gethostname()调用成功时，返回指向struct hosten的，当调用失败时返回-1。当调用gethostbyname时，你不能使用perror()函数来输出错误信息，而应该使用herror()来输出。