Linux学习之网络编程2（socket，简单C/S模型）

写在前面

Linux网络编程我是看视频学的，Linux网络编程，看完这个视频大概网络编程的基础差不多就掌握了。这个系列是我看这个Linux网络编程视频写的笔记总结。

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网络字节序

• 小端法：pc本地存储，高位存高地址，低位存低地址。
• 大端法：网络存储，高位存低地址，低位存高地址。

由此我们看到本地和网络的存储方式不一样，所以每次建立连接都要转换，下面我来介绍一些关于大端法和小端法的转换函数。

• htonl：本地——>网络，转换的是IP
• htons：本地——>网络，转换的是端口
• ntohl：网络——>本地，转换的是IP
• ntohs：网络——>本地，转换的是端口

其实这四个函数非常好记,h代表host表示本地，n代表network表示网络，l代表long存的IP，s代表short存的是端口。（所以说学好英语还是很重要的 ）

IP转换函数

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
功能：本地字节序（string IP）——> 网络字节序。
参数：

• af:AF_INET 或者AF_INET6
• src:传入参数，IP地址（点分十进制）
• dst:传出参数，转换后的网络字节序。
  返回值：
• 成功，1
• 异常：0，说明src指向的不是一个有效的IP地址。
• 失败，-1

const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
功能：网络字节序——>本地字节序（string IP）
参数：

• af:AF_INET 或者AF_INET6
• src: 网络字节序IP地址
• dst：本地字节序（string IP）
• size： dst的大小。
  返回值：
• 成功，dst
• 失败，NULL

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Socket套接字

套接字概念

在通信过程中，套接字一定是 成对出现。
一个文件描述符指向一个套接字（该套接字内部由借助内核缓冲区实现读写）

网络通信的流程

• 服务器端：
  1. 先用socket()生成一个套接字lfd用来监听
  2. 用bind()对第一步生成的套接字绑定地址结构（绑的是服务器的地址结构）
  3. 用listen()函数设置lfd的监听上限，最大是128.
  4. 用accept()阻塞直到有客户端请求连接。
  5. 处理请求，得到客户端的地址结构，和用于通信的套接字cfd（这个套接字是调用accept()后返回值）
  6. 成功建立连接，进行通信，处理业务逻辑。
• 客户端：
  1. 先用socket() 生成一个套接字sfd
  2. 使用connect()请求与服务器建立连接
  3. 成功建立连接，进行通信，处理业务逻辑。

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相关函数介绍

socket函数

语法：

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

功能：

创建一个套接字

参数：

• domain:AF_INET或AF_INET6
• type:数据传输协议,SOCK_STREAM(表示用流式协议，使用TCP通信传这个参数）或SOCK_DGRAM（表示用报式协议，使用UDP通信传这个参数）。（后面用本地套接字通信还会学到SOCK_LOCAL,这个后面学到再介绍）
• protocol：默认传0，表示让系统自动根据type来选择，SOCK_STREAM的代表协议是TCP，SOCK_DGRAM的是UDP

返回值：

• 成功，新套接字所对应的文件描述符
• 失败：-1 ，error

bind函数

语法：

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能：

给socket绑地址结构

参数

• sockfd:socket函数的返回值,要绑定的套接字
• addr:传入参数，要绑定的地址结构。
• addrlen：sizeof(addr) 地址结构的大小

addr类型是一个结构体，上面写的是struct sockaddr结构，实际我们创建的时候要创建struct sockaddr_in，它里面有三个成员变量。

• sin_family:和当时创建套件字的第一个参数一样，传AF_INET
• sin_port:绑定的端口号，只不过要转换成网络字节序
• sin_addr.s_addr:这个是最复杂的，sin_addr本身又是一个结构体，但里面只有一个成员s_addr，所以就直接拿出来了。传的是绑定的IP地址，同样也要转换。

下面给个example，最后传的时候要类型强转一下

返回值：

• 成功，0
• 失败，-1

listen函数

语法：

int listen(int sockfd, int backlog);

功能：

设置同时与服务器建立连接的客户端数量的上限

参数：

• sockfd:要监听的套接字
• backlog:上限值，最大是128

返回值：

• 成功，0
• 失败，-1

accept函数

语法：

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

功能：

阻塞等待客户端建立连接

参数

• sockfd:监听的套接字
• addr:传出参数，表示建立连接的客户端的地址结构（IP+端口）
• addrlen:传入传出参数。入：addr的大小，出：客户端addr的实际大小

返回值

• 成功，能与服务器进行数据通信的套接字的文件描述符，即服务器用这个便可与客户端
• 失败，-1

connect函数

语法：

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

功能：

使用客户端现有的套接字与服务器建立连接

参数：

• sockfd：客户端自己的套接字
• addr：服务器的地址结构
• addrlen：服务器地址结构的长度

返回值：

• 成功，0
• 失败，-1

demo

说明

我们来写一个小demo，实现的功能是：客户端与服务器建立连接后，服务器可以将客户端发送的小写字母变成大写然后发送回去

服务器源代码

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<ctype.h>

#define PORT 6666

void sys_err(char * str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}

int main()
{
	int sfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(sfd==-1)
		sys_err("socker error");
	struct sockaddr_in addr_ser,addr_cli;
	addr_ser.sin_family=AF_INET;
	addr_ser.sin_port=htons(PORT);
	addr_ser.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
	int res=bind(sfd,(struct sockaddr *)&addr_ser,sizeof addr_ser);
	if(res==-1)
		sys_err("bind error");
	res=listen(sfd,128);
	if(res==-1)
		sys_err("listen error");
	socklen_t addr_cli_len=sizeof addr_cli;
	int cfd=accept(sfd,(struct sockaddr*)&addr_cli,&addr_cli_len);
	if(res==-1)
		sys_err("accept error");
	char client_IP[1024];
	printf("client IP is %s,port is %d\n",inet_ntop(AF_INET,&addr_cli.sin_addr.s_addr,&client_IP,sizeof client_IP),ntohs(addr_cli.sin_port));
	while(1)
	{
		char buf[BUFSIZ];
		int n=read(cfd,buf,sizeof buf);
		write(STDOUT_FILENO,buf,n);
		for(int i=0;i<n;i++)
			buf[i]=toupper(buf[i]);
		write(cfd,buf,n);
	}
	return 0;
}

客户端源代码

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/socket.h>
#include<stdlib.h>
#include<arpa/inet.h>

#define PORT 6666

void sys_err(char* str)
{
	perror(str);
	exit(1);
}

int main()
{
	int cfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(cfd==-1)
		sys_err("socket error");
	struct sockaddr_in addr_ser;
	addr_ser.sin_family=AF_INET;
	addr_ser.sin_port=htons(PORT);
	inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&addr_ser.sin_addr.s_addr);
	int res=connect(cfd,(struct sockaddr*)&addr_ser,sizeof addr_ser);
	if(res==-1)
		sys_err("connect error");
	while(1)
	{
		char buf[BUFSIZ];
		int n=read(STDIN_FILENO,buf,sizeof buf);
		write(cfd,buf,n);
		read(cfd,buf,n);
		write(STDOUT_FILENO,buf,n);
	}
	return 0;
}

效果展示

写好服务器后，可以再打开一个终端先用命令nc IP portl来测试服务器，命令里的IP是服务器的实际IP，port是服务器实际的端口

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写在最后

个人亲身经验：我们学习的一系列Linux命令，一定要自己亲手去敲。不要只是看别人敲代码，不要只是停留在眼睛看，脑袋以为自己懂了，等你实际上手去敲会发现许许多多的这样那样的问题。毕竟“实践出真知”。

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如果你觉得我写的题解还不错的，请各位王子公主移步到我的其他题解看看

1. 数据结构与算法部分（还在更新中）：

• C++ STL总结 - 基于算法竞赛（强力推荐）
• 动态规划——01背包问题
• 动态规划——完全背包问题
• 动态规划——多重背包问题
• 动态规划——分组背包问题
• 动态规划——最长上升子序列（LIS)
• 二叉树的中序遍历（三种方法）
• 最长回文子串
• 最短路算法——Dijkstra（C++实现）
• 最短路算法———Bellman_Ford算法（C++实现）
• 最短路算法———SPFA算法（C++实现）
• 最小生成树算法———prim算法（C++实现）
• 最小生成树算法———Kruskal算法（C++实现）
• 染色法判断二分图（C++实现）

2. Linux部分（还在更新中）：

• Linux学习之初识Linux
• Linux学习之命令行基础操作
• Linux学习之基础命令（适合小白）
• Linux学习之权限管理和用户管理
• Linux学习之制作静态库和动态库
• Linux学习之makefile
• Linux学习之系统编程1（关于读写系统函数）
• Linux学习之系统编程2（关于进程及其相关的函数）
• Linux学习之系统编程3（进程及wait函数）
• Linux学习之系统编程4(进程间通信）
• Linux学习之系统编程5(信号）
• Linux学习之系统编程6(线程）
• Linux学习之系统编程7(线程同步/互斥锁/信号量/条件变量）
• Linux学习之网络编程（纯理论）

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“种一颗树最好的是十年前,其次就是现在”
所以,
“让我们一起努力吧,去奔赴更高更远的山海”

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