Linux网络编程--2. 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. 

2.1 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. 


2.2 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 

2.3 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. 


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 


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: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. 


2.6 实例 

服务器端程序

/******* 服务器程序 (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);
 }

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

/* 服务器端填充 sockaddr结构 */
 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);
  
/* 捆绑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);
 }
  
/* 监听sockfd描述符 */
 if(listen(sockfd,5)==-1)
 {
        fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
        exit(1);
 }

 while(1)
 {
        /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */
        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);
        }
/* 这个通讯已经结束 */
        close(new_fd);
/* 循环下一个 */
  }
 close(sockfd);
 exit(0);
}



客户端程序

/******* 客户端程序 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);
 }
  
/* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */
 if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
 {
        fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
        exit(1);
 }

/* 客户程序填充服务端的资料 */
 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);
  
/* 客户程序发起连接请求 */
 if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)
{
  fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno));
  exit(1);
}

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


MakeFile
这里我们使用GNU 的make实用程序来编译. 关于make的详细说明见 Make 使用介绍 

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

运行make后会产生两个程序server(服务器端)和client(客户端) 先运行./server portnumber& (portnumber随便取一个大于1204且不在/etc/services中出现的号码 就用8888好了),然后运行 ./client localhost 8888 看看有什么结果. (你也可以用telnet和netstat试一试.) 上面是一个最简单的网络程序,不过是不是也有点烦.上面有许多函数我们还没有解释. 我会在下一章进行的详细的说明. 


2.7 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