基于Linux下C语言的Socket网络编程

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网络上的两个程序通过一个双向的通信连接实现数据的交换，这个连接的一端称为一个socket。

Socket被广泛用作网络通信，它几乎支持所有的编程语言，各种语言对于Socket操作流程也比较类似。
服务端程序的创建流程为创建socket——绑定端口号——监听——接受连接——读和写；
客户端程序的创建流程为创建socket——通过IP和端口连接服务端——读和写。
[TOC]

服务端

1. 创建Socket

包含头文件：
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);
socket函数里有三个参数。
domain选择通信协议族，常用的有以下几种。

Name	Purpose
AF_UNIX, AF_LOCAL	Local communication
AF_INET（常用）	IPv4 Internet protocols
AF_INET6	IPv6 Internet protocols

type指定Socket类型，常用以下几种。

Name	Purpose
SOCK_STREAM	流式套接字（TCP协议）
SOCK_DGRAM	数据报式套接字（UDP协议）

protocol指定协议，常用以下几种

NAME	Purpose
IPPROTO_TCP	TCP传输协议
IPPROTO_UDP	UDP传输协议
IPPROTO_STCP	STCP传输协议
IPPROTO_TIPC	TIPC传输协议

type和protocol不可以随意组合，当第三个参数type为 0自动选择第二个参数对应的默认协议

Socket如果创建成功，则返回一个描述该网络通信端点的文件描述符，操作系统会自动分配当前最小可用的文件描述符。
示例代码
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

2. 绑定端口号和IP地址

包含头文件：
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
函数原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
bind()函数把地址族中的特定地址赋给socket。
sockfdsocket描述字，通过socket创建，标识唯一一个服务端描述字。
sockaddr结构体，通过初始化sockaddr_in结构体然后进行强制类型转化。示例代码如下：

struct sockaddr_in *server_socket = (struct sockaddr_in *)malloc(sizeof(struct sockaddr_in));
memset(server_socket, 0, sizeof (struct sockaddr_in)); // 清空sockaddr_in 结构体
server_socket->sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 任意IP地址
server_socket->sin_family = AF_INET; // 使用IPv4协议族
server_socket->sin_port = htons(PORT); // 端口号

addrlen为sockaddr的长度。
bind示例代码如下
bind(sockfd, (struct sockaddr *)server_socket, sizeof (struct sockaddr));

3. 连接和监听

包含头文件：
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
函数原型int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd为服务端建立socket的文件描述符
backlog为对应socket可以排队的最大连接数
服务端调用listen()函数监听socket，当客户端通过connect()函数连接服务端，发送连接请求时，listen()就会监听到这个请求。

4. 接受客户端连接

包含头文件：
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
函数原型int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockfd为服务端打开的socket描述字
addr用于保存连接的客户端的IP地址和端口号，其内容与sockaddr结构体类似。
addrlen是接受地址的长度。
accept()函数如果执行成功，则返回一个由内核生成的全新的套接字，用于和新客户端之间通信。

5. 读和写

包含头文件：
#include <unistd.h>
函数原型：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
函数原型：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
当socket打开网络描述字后，程序可以像读写文件一样向网络描述字读或者写，对应接受和发送数据。

客户端

1. 创建socket

过程同服务端，socket返回的套接字描述符将直接用于和对端通信。

2. 连接服务器

函数原型int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd为客户端建立socket的文件描述符
addr为sockaddr结构体保存的服务端的IP地址和端口号，以及协议类型，例如：

struct sockaddr_in *server_addr = (struct sockaddr_in *)malloc(sizeof (struct sockaddr_in)); 
memset(server_addr, 0, sizeof (struct sockaddr_in)); 
server_addr->sin_family = AF_INET; // 使用IPv4协议族
server_addr->sin_port = htons(port); // port为服务器绑定的端口号
inet_pton(AF_INET, "xxx.xxx.xxx.xxx", &server_addr->sin_addr); // 服务端的IP地址

客户端发起tcp连接请求，服务端监听到请求并接受请求后，TCP连接建立即可以开始传输文件。（如果使用UDP协议有些许区别，暂时不做讨论。）

3.发送数据

连接建立后，客户端通过write()和write()函数向打开的sockfd发送或接受数据

代码示例

Server

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/select.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

#define PORT 8000

int main()
{
    // 创建socket 
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    // 申请服务端和客户端地址结构体空间，客户端地址用于保存新连接的地址端口信息
    struct sockaddr_in *server_socket = (struct sockaddr_in *)malloc(sizeof(struct sockaddr_in));
    struct sockaddr_in *client_socket = (struct sockaddr_in *)malloc(sizeof(struct sockaddr_in));
    socklen_t client_address_len;
    memset(server_socket, 0, sizeof (struct sockaddr_in));
    memset(client_socket, 0, sizeof (struct sockaddr_in));
    server_socket->sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_socket->sin_family = AF_INET;
    server_socket->sin_port = htons(PORT);
    // 绑定
    bind(sockfd, (struct sockaddr *)server_socket, sizeof (struct sockaddr));
    // 监听
    listen(sockfd, 20);
    // 接受
    int connect_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)client_socket, &client_address_len);
    char buf[] = "Hello Wrold!";
    // 发送
    while(write(connect_fd, buf, strlen(buf)))
    {
        printf("send msg: %s\n", buf);
        sleep(1);
    }
    return 0;
}

Client

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/select.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>

int main()
{
    // 创建socket
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    // 准备地址结构体
    struct sockaddr_in *server_addr = (struct sockaddr_in *)malloc(sizeof (struct sockaddr_in));
    memset(server_addr, 0, sizeof (struct sockaddr_in));
    server_addr->sin_family = AF_INET;
    server_addr->sin_port = htons(8000);
    inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &server_addr->sin_addr);
    // 连接
    connect(sockfd, (struct sockaddr *)server_addr, sizeof (struct sockaddr)); // sockaddr_in强制转换成sockaddr
    char buf[1024] = "";
    // 读取
    while(read(sockfd, buf, 1024))
    {
        printf("recv msg: %s\n", buf);
        memset(buf, 0, 1024);
    }
    return 0;
}