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Day37 socket、TCP、UDP

2024年08月02日 • Linux •我要评论
提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，无长度限制。

socket类型

流式套接字(sock_stream) tcp

提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复的发送且按发送顺序接收。内设置流量控制，避免数据流淹没慢的接收方。数据被看作是字节流，无长度限制。

数据报套接字(sock_dgram) udp

提供无连接服务。数据包以独立数据包的形式被发送，不提供无差错保证，数据可能丢失或重复，顺序发送，可能乱序接收。

原始套接字(sock_raw)

可以对较低层次协议如ip、icmp直接访问。

服务器：
1.创建流式套接字（socket()）------------------------> 有手机
2.指定本地的网络信息（struct sockaddr_in）----------> 有号码
3.绑定套接字（bind()）------------------------------>绑定电话
4.监听套接字（listen()）---------------------------->待机
5.链接客户端的请求（accept()）---------------------->接电话
6.接收/发送数据（recv()/send()）-------------------->通话
7.关闭套接字（close()）----------------------------->挂机

客户端：
1.创建流式套接字（socket()）----------------------->有手机
2.指定服务器的网络信息（struct sockaddr_in）------->有对方号码
3.请求链接服务器（connect()）---------------------->打电话
4.发送/接收数据（send()/recv()）------------------->通话
5.关闭套接字（close()）--------------------------- >挂机

函数接口

socket

int socket(int domain, int type, int protocol);
//作用：创建一个socket通信描述符
domain：指定通信的域（通信协议）
    af_unix, af_local   本地通信
    af_inet  ipv4
    af_inet6  ipv6
type：指定socket的类型
    sock_stream：流式套接字，接下来我们的通信使用tcp协议
    sock_dgram：数据报套接字，接下来我们的通信使用udp协议
protocol：填0    

返回值：如果成功，返回创建的描述符，如果失败，返回-1

connect

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
                   socklen_t addrlen);
作用：请求连接服务器
参数：
sockfd：上面socket接口得到的描述符
addr：相当于服务器的地址（ip+port）
addrlen:地址的长度，因为前面的地址是可变的，所以要通过参数来协定地址的长度
返回值：
0 -1

sockaddr结构体

//从bind接口的帮助文档中拿到
struct sockaddr {
               sa_family_t sa_family;
               char        sa_data[14];
           }
上述地址结构是一个通用结构，我们在用实际协议进行通信的时候，需要转换成相应协议的结构体。
用man 7 ip来查看ipv4对应的结构体

struct sockaddr_in {
   sa_family_t    sin_family; /* 地址协议族，=socket接口第一个参数 */
   in_port_t      sin_port;   /* 指定端口，端口要用网络字节序(大端) */
   struct in_addr sin_addr;   /* ip地址 */
};

/* internet address. */
struct in_addr {
   uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
};

bind

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
                socklen_t addrlen);
作用：绑定服务器地址：ip和端口，相当于对外公开自己的ip和端口，客户端就可以连接了
addr：绑定的ip和端口结构体，注意绑定的是自己的ip和端口
    ip：取真实的某个网卡的地址，也可以直接写0.0.0.0
addrlen：地址的大小

listen

int listen(int sockfd, int backlog);
作用：进入监听状态，以便接收客户端的连接
sockfd：上面的服务器描述符
backlog：同时能处理的客户端的连接数量，写个5 10都可以
返回值：0 -1

accept

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
接收客户端连接，注意，这是一个阻塞接口，如果没有新的连接过来，那么会等待
sockfd：上面的服务器描述符
addr：客户端的地址(来电显示)
addrlen：客户端地址的长度，是入参，传入然后可能会被接口修改

返回值：如果成功，会返回一个非负的整数，代表接收的新的连接的描述符

recv/send

//recv和send是网络的专用接口，比起read和write只是多了一个flags参数，flag一般情况下会取0，代表阻塞接受和发送
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
返回值：
    >0：接收的字节数
    <0：失败
    =0：代表对端退出了
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

close

int close(int fd);
关闭套接字连接

tcp

在这里插入图片描述

示例代码

tcp客户端

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* see notes */
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建套接字
    int fd = socket(af_inet, sock_stream, 0);
    if(fd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }

    //连接到服务器
    struct sockaddr_in server_addr;
    int len = sizeof(server_addr);
    
    //指定连接的服务器的地址（ip+port）
    memset(&server_addr, 0, len);
    server_addr.sin_family = af_inet;
    server_addr.sin_port = htons(8888);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.109");

    int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&server_addr, len);
    if(ret < 0)
    {
        perror("connect err");
        return -1;
    }

    printf("conect success\n");

    char buf[64] = {0};
    while (1)
    {
        memset(buf, 0, 64);
        //从终端接收用户输入，发给服务器，等待服务器的数据，打印
        gets(buf);
        if(strcmp(buf, "quit") == 0)
        {
            break;
        }

        send(fd, buf, 64, 0);

        memset(buf, 0, 64);
        ret = recv(fd, buf, 64, 0);
        if(ret > 0)
        {
            printf("recv data = %s\n", buf);
        }
        else if(ret == 0)
        {
            printf("peer exit\n");
            break;
        }
        else
        {
            perror("recv err\n");
            return -1;
        }
    }

    close(fd);
    

    return 0;
}

tcp服务器

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* see notes */
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建服务器的套接字
    int server_fd = socket(af_inet, sock_stream, 0);
    if(server_fd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }

    //初始化服务器地址
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    int len = sizeof(server_addr);
    
    memset(&server_addr, 0, len);
    server_addr.sin_family = af_inet;
    server_addr.sin_port = htons(8888);
#if 0    
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.194");
#else
    server_addr.sin_addr.s_addr = inaddr_any;
#endif
    //绑定套接字的地址
    int ret = bind(server_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, len);
    if(ret < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }

    //启动监听
    ret = listen(server_fd, 5);
    if(ret < 0)
    {
        perror("listen err");
        return -1;
    }

    //接收连接
    int clientfd = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &len);
    if(clientfd < 0)
    {
        perror("accept err");
        return -1;        
    }

    //打印客户端的地址，注意端口要转成主机字节序
    printf("recv a new connect, ip = %s, port=%d\n",\
            inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));

    char buf[64] = {0};

    while (1)
    {
        memset(buf, 0, 64);
        //一旦新的连接过来后，后续通信统统使用新的描述符
        len = read(clientfd, buf, 64);
        if(len > 0)
        {
            printf("recv data = %s\n", buf);
        }
        else if(len == 0)
        {
            printf("client exit\n");
            break;
        }
        else
        {
            perror("recv err\n");
            return -1;
        }
    }
    
    close(clientfd);
    close(server_fd);

    return 0;
}

udp

tcp和udp的异同点

相同点：

同属于传输层协议

不同点：

tcp：流式套接字，面向连接的，可靠的通信
udp：数据报套接字，无连接的，不可靠的通信

通信流程

在这里插入图片描述

接口

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
作用：接收udp对端发来的消息
sockfd：描述符
buf：接收缓冲区
len：缓冲区的长度
flags:填0，阻塞接收
src_addr：收到消息后，对端的地址存到这里（ip+port）
addrlen：src_addr缓冲区长度

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
            const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
作用：发送消息给udp对端
sockfd：描述符
buf：发送缓冲区
len：发送的长度
flags:填0，阻塞发送
dest_addr：发送的目的地址（ip+port）
addrlen：dest_addr的长度

ps:udp的端口和tcp的端口是独立的！！

代码示例

udp服务器

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* see notes */
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define kb 1024

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建服务器的套接字
    int server_fd = socket(af_inet, sock_dgram, 0);
    if(server_fd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }

    //初始化服务器地址
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    int len = sizeof(server_addr);
    
    memset(&server_addr, 0, len);
    server_addr.sin_family = af_inet;
    server_addr.sin_port = htons(8888);
#if 0 
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
#else
    server_addr.sin_addr.s_addr = inaddr_any;
#endif
    //绑定套接字的地址
    int ret = bind(server_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, len);
    if(ret < 0)
    {
        perror("bind err");
        return -1;
    }

    //接收消息，收到客户端消息，然后把客户端的消息再返回给客户端
    char buf[kb] = {0};
    struct sockaddr_in cli_addr;

    socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);
    while (1)
    {
        memset(buf, 0, kb);
        //服务器一定是先接收的
        len = recvfrom(server_fd, buf, kb, 0,
                (struct sockaddr *)&cli_addr, &addrlen);
        if(len < 0)
        {
            perror("recv err");
            return -1;
        }

        printf("recv from %s--%d,data=%s\n", inet_ntoa(cli_addr.sin_addr),
                ntohs(cli_addr.sin_port), buf);

        //接收成功，而且对端地址存储到了cli_addr中
        sendto(server_fd, buf, len, 0,
            (struct sockaddr *)&cli_addr, addrlen);
    }

    close(server_fd);
    return 0;
}

udp客户端

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>          /* see notes */
#include <sys/socket.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define kb 1024

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //创建套接字
    int fd = socket(af_inet, sock_dgram, 0);
    if(fd < 0)
    {
        perror("socket err");
        return -1;
    }

    //连接到服务器
    struct sockaddr_in server_addr;
    int len = sizeof(server_addr);
    
    //指定连接的服务器的地址（ip+port）
    memset(&server_addr, 0, len);
    server_addr.sin_family = af_inet;
    server_addr.sin_port = htons(8888);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    char buf[kb] = {0};
    socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);
    while (1)
    {
        memset(buf, 0, kb);
        gets(buf);
        sendto(fd, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, addrlen);

        memset(buf, 0, kb);
        len = recvfrom(fd, buf, kb, 0, null, null);
        printf("recv from server data = %s\n", buf);
    }
    
    close(fd);

    return 0;
}
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