Linux網絡編程--2. 初等網絡函數介紹（TCP）

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  Linux系統是通過提供套接字(socket)來進行網絡編程的.網絡程序通過socket和其它幾個函數的調用,會返回一個 通訊的文件描述符,我們可以將這個描述符看成普通的文件的描述符來操作,這就是linux的設備無關性的 好處.我們可以通過向描述符讀寫操作實現網絡之間的數據交流. 

2.1 socket 
int socket(int domain, int type,int protocol) 

  domain:說明我們網絡程序所在的主機采用的通訊協族(AF_UNIX和AF_INET等). AF_UNIX只能夠用于單一的Unix系統進程間通信,而AF_INET是針對Inte.net的,因而可以允許在遠程 主機之間通信(當我們 man socket時發現 domain可選項是 PF_*而不是AF_*,因為glibc是posix的實現 所以用PF代替了AF,不過我們都可以使用的). 

  type:我們網絡程序所采用的通訊協議(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等) SOCK_STREAM表明我們用的是TCP協議,這樣會提供按順序的,可靠,雙向,面向連接的比特流. SOCK_DGRAM 表明我們用的是UDP協議,這樣只會提供定長的,不可靠,無連接的通信. 

  protocol:由于我們指定了type,所以這個地方我們一般只要用0來代替就可以了 socket為網絡通訊做基本的準備.成功時返回文件描述符,失敗時返回-1,看errno可知道出錯的詳細情況. 

2.2 bind 
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen) 

  sockfd:是由socket調用返回的文件描述符. 

  addrlen:是sockaddr結構的長度. 

  my_addr:是一個指向sockaddr的指針. 在中有 sockaddr的定義 

        struct sockaddr{
                unisgned short  as_family;
                char            sa_data[14];
                };

  不過由于系統的兼容性,我們一般不用這個頭文件,而使用另外一個結構(struct sockaddr_in) 來代替.在中有sockaddr_in的定義 
        struct sockaddr_in{
                unsigned short          sin_family;     
                unsigned short int      sin_port;
                struct in_addr          sin_addr;
                unsigned char           sin_zero[8];

  我們主要使用Internet所以sin_family一般為AF_INET,sin_addr設置為INADDR_ANY表示可以 和任何的主機通信,sin_port是我們要監聽的端口號.sin_zero[8]是用來填充的. bind將本地的端口同socket返回的文件描述符捆綁在一起.成功是返回0,失敗的情況和socket一樣 

2.3 listen 
int listen(int sockfd,int backlog) 

sockfd:是bind后的文件描述符. 

backlog:設置請求排隊的最大長度.當有多個客戶端程序和服務端相連時, 使用這個表示可以介紹的排隊長度. listen函數將bind的文件描述符變為監聽套接字.返回的情況和bind一樣. 

2.4 accept 
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen) 

sockfd:是listen后的文件描述符. 

addr,addrlen是用來給客戶端的程序填寫的,服務器端只要傳遞指針就可以了. bind,listen和accept是服務器端用的函數,accept調用時,服務器端的程序會一直阻塞到有一個 客戶程序發出了連接. accept成功時返回最后的服務器端的文件描述符,這個時候服務器端可以向該描述符寫信息了. 失敗時返回-1 

2.5 connect 
int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen) 

sockfd:socket返回的文件描述符. 

serv_addr:儲存了服務器端的連接信息.其中sin_add是服務端的地址 

addrlen:serv_addr的長度 

connect函數是客戶端用來同服務端連接的.成功時返回0,sockfd是同服務端通訊的文件描述符 失敗時返回-1. 

2.6 實例 

服務器端程序

/******* 服務器程序  (server.c) ************/
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
 int sockfd,new_fd;
 struct sockaddr_in server_addr;
 struct sockaddr_in client_addr;
 int sin_size,portnumber;
 char hello[]="Hello! Are You Fine?\n";

 if(argc!=2)
 {
  fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);
  exit(1);
 }
 
 if((portnumber=atoi(argv[1]))<0)
 {
  fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);
  exit(1);
 }

/* 服務器端開始建立socket描述符 */
 if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)  
 {
        fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
        exit(1);
 }

/* 服務器端填充 sockaddr結構  */ 
 bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
 server_addr.sin_family=AF_INET;
 server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
 server_addr.sin_port=htons(portnumber);
 
/* 捆綁sockfd描述符  */ 
 if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
 {
        fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
        exit(1);
 }
 
/* 監聽sockfd描述符  */
 if(listen(sockfd,5)==-1)
 {
        fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
        exit(1);
 }

 while(1)
 {
        /* 服務器阻塞,直到客戶程序建立連接  */
        sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
        if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))==-1)
        {
                fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));
                exit(1);
    }

        fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",
                                        inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
        if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1)
        {
         fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno));
         exit(1);
        }
/* 這個通訊已經結束     */
        close(new_fd);
/* 循環下一個     */  
  }
 close(sockfd);
 exit(0);
}

客戶端程序

/******* 客戶端程序  client.c ************/
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main(int argc, char *argv[])
{
 int sockfd;
 char buffer[1024];
 struct sockaddr_in server_addr;
 struct hostent *host;
 int portnumber,nbytes;

 if(argc!=3)
 {
  fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumber\a\n",argv[0]);
  exit(1);
 }
 
 if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)
 {
        fprintf(stderr,"Gethostname error\n");
        exit(1);
 }

 if((portnumber=atoi(argv[2]))<0)
 {
        fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumber\a\n",argv[0]);
        exit(1);
 }
 
/* 客戶程序開始建立 sockfd描述符  */
 if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
 {
        fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
        exit(1);
 }

/* 客戶程序填充服務端的資料       */
 bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
 server_addr.sin_family=AF_INET;
 server_addr.sin_port=htons(portnumber);
 server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr);
 
/* 客戶程序發起連接請求         */ 
 if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
{
  fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno));
  exit(1);
}

/* 連接成功了           */
if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1)
{
        fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno));
        exit(1);
 }
 buffer[nbytes]='';
 printf("I have received:%s\n",buffer);
/* 結束通訊     */
 close(sockfd);
 exit(0);
}

MakeFile
這里我們使用GNU 的make實用程序來編譯. 關于make的詳細說明見 Make 使用介紹 

#########  Makefile       ###########
all:server client
server:server.c
        gcc $^ -o $@
client:client.c
        gcc $^ -o $@

運行make后會產生兩個程序server(服務器端)和client(客戶端) 先運行./server portnumber& (portnumber隨便取一個大于1204且不在/etc/services中出現的號碼 就用8888好了),然后運行 ./client localhost 8888 看看有什么結果. (你也可以用telnet和netstat試一試.) 上面是一個最簡單的網絡程序,不過是不是也有點煩.上面有許多函數我們還沒有解釋. 我會在下一章進行的詳細的說明. 

2.7 總結 
總的來說網絡程序是由兩個部分組成的--客戶端和服務器端.它們的建立步驟一般是: 

服務器端
socket-->bind-->listen-->accept 

客戶端
socket-->connect