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
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 < )
{
printf("create socket fail");
return ;
}
//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(); //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)) < ) //将源信息local绑定到套接字socket上
{
perror("bind error\n");
close(sock);
return ;
}
printf("bind success\n");
//4.连接
if(listen(sock,) < ) //接受连接和设置最大连接数
{
perror("listen error\n");
close(sock);
return ;
}
printf("Listen success\n"); 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 < )
{
perror("accept error\n");
close(sock);
return ;
}
printf("accept success\n"); char recvbuff[];
//6.开始通信
while()
{
memset(recvbuff,,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\n")==)
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 ;
}
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 < )
{
perror("socket error\n");
return ;
}
printf("socket success!\n");
//2.set socket
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons();
local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); if(connect(sock , (struct sockaddr* )&local , sizeof(local)) < ) //连接服务器
{
perror("connect error\n");
close(sock);
return ;
}
printf("connect success!\n"); char recvbuff[];
char sendbuff[];
while(fgets(sendbuff,sizeof(sendbuff),stdin))
{
write(sock,sendbuff,strlen(sendbuff));
if( == strcmp(sendbuff,"exit\n"))
break;
read(sock,recvbuff,sizeof(recvbuff));
fputs(recvbuff,stdout); memset(sendbuff, ,sizeof(sendbuff));
memset(recvbuff, ,sizeof(recvbuff));
}
close(sock);
return ;
}
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,); struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons();
local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); printf("socket success\n");
int bindr = bind(serverSock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local));
if( bindr < )
{
perror("bind error");
close(serverSock);
return ;
}
printf("bind success\n"); struct sockaddr_in clientSock;
socklen_t len = sizeof(clientSock);
char buff[];
while()
{
memset(buff,,sizeof(buff));
//recv()和accept()的结合体
recvfrom(serverSock,buff,sizeof(buff),,(struct sockaddr*)&clientSock,&len);
fputs(buff,stdout);
//send()和connect()的结合体
sendto(serverSock,buff,sizeof(buff),,(struct sockaddr*)&clientSock,len);
}
close(serverSock);
return ;
}
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 , );
//2.set socket
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons();
local.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
if(clientsock < )
{
perror("socket perror");
close(clientsock);
return -;
}
printf("socket Success\n");
socklen_t len;
char buf[] ;
while()
{
printf("aaa:");
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
//往8888端口发送buf
if(sendto(clientsock,buf,sizeof(buf),,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < )
{
perror("sendto error");
close(clientsock);
return ;
}
socklen_t len = sizeof(local);
recvfrom(clientsock,buf,sizeof(buf),,(struct sockaddr*)&local,&len);
fputs(buf,stdout);
memset(buf,,sizeof(buf));
}
close(clientsock);
return ;
}
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
int setsockopt() 是否开启广播等功能
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