Linux APUE学习：2、网络socket编程

代码地址：https://github.com/RoxyKko/APUE/tree/master/ch3

必背图

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  • TCP/IP -> 网络接口层

三大作用：

  • ​ 数据封装/解封成为帧（frame）
  • ​ 控制帧传输
  • ​ 流量控制

Q：什么是数据封装/解封？为什么要进行数据封装/解封成为帧？

A：数据封装是在所发数据包上附加本地以及目标地址、加纠错字节、以及加密处理等。数据解封是数据封装的逆过程，将发送方发过来的信息经过拆解协议包进而获得业务数据的过程。

作用：保证数据安全（防止被监听窃取数据）、可靠（数据不丢失）传输，每一帧除了需要传输的数据，还有发送方的物理地址（寄件人地址）、接受方物理地址（收件人地址）以及检错和控制信息（保证数据的无差错到达）。

Q：什么是控制帧传输？为什么要？

A：接收方通过对帧的差错编码(奇偶校验码或 CRC 码)的检查，来判断帧在传输过程中是否出错，并向发送发进行反馈，如果传输发生差错，则需要重发纠正。对于发送方，发送帧后同时启动定时器，定时器Timeout之前没有收到反馈，则认为帧传输出错，自动重发，每个帧都会进行编号，以免接受方一直重复接收同一帧。

Q：流量控制

​ 对发送方的发送速率做适当的限制，防止接收方性能不足，前面来不及接收的帧将被后面不断发送来的帧“淹没”

TCP的3次握手

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握手的过程实际上是在通知对方自己的初始化序号(Initial Sequence Number)，简称ISN，也就是上图中的x和y。x和y会被当作之后传输数据的一个依据，以保证TCP报文在传输过程中不会混乱

socket编程

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注意网络字节序和主机字节序

​ 使用htons、htonl、ntohs、ntohl互相转换，n代表net网络字节序的意思，h代表host主机字节序的意思

​ 因为主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式，我们不确定是大端还是小端，不同的CPU有不同的字节序类型。而网络字节序统一为大端字节序，所以我们使用主机（网络）上传（下载）到网络（主机）上时要先使用上述四个函数先进行转换以防止出错

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IPv4点分十进制字符串和32位整形数据之间的互相转换

常用inet_aton()或inet_ntoa()

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socket_client代码

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#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>	// for socket
#include <sys/socket.h> // for socket
#include <string.h>		// fpr strerror and memset
#include <errno.h>		// for errno
#include <netinet/in.h> // for sockaddr_in
#include <arpa/inet.h>	// for inet_aton
#include <fcntl.h>		// for open
#include <unistd.h>		// for read/write/close
#include <getopt.h>		// for getopt_long
#include <stdlib.h>		// for atoi

#define MSG_STR "Hello Wrold!"

void print_usage(char *progname);

int main(int argc, char **argv)
{
	int socket_fd = -1;
	int rv = -1;
	struct sockaddr_in servaddr;
	char *servip = NULL;
	int port = 0;
	char buf[1024];
	// 用在getopt_long中
	int opt = -1;
	const char *optstring = "i:p:h";
	struct option opts[] =
	{
		{"help", no_argument, NULL, 'h'},
		{"ipaddr", required_argument, NULL, 'i'},
		{"prot", required_argument, NULL, 'p'},
		{0, 0, 0, 0}
	};

	while ((opt = getopt_long(argc, argv, optstring, opts, NULL)) != -1)
	{
		switch (opt)
		{
			case 'i' :
				servip = optarg;
				break;
			case 'p' :
				port = atoi(optarg);
				break;
			case 'h' :
				print_usage(argv[0]);
				return 0;
		}
	}

		if( !servip || !port )
	{
		print_usage(argv[0]);
		return 0;
	}
	// 创建socket并获得socket描述符
	socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	// 创建socket失败
	if(socket_fd < 0)
	{
		printf("Create socket failure: %s\n", strerror(errno));
		return -1;
	}
	// 创建socket成功
	printf("Create socket[%d] successfully\n",socket_fd);

	// 初始化结构体，将空余的8位字节填充为0
	// 设置参数，connect连接服务器
	memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));	
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons(port);
	inet_aton(servip, &servaddr.sin_addr);
	rv = connect(socket_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

	// 连接服务器失败
	if(rv < 0)
	{
		printf("Connect to server[%s:%d] failure : %s\n",
				servip, port, strerror(errno));
		return -2;
	}
	// 连接服务器成功,打印服务器IP地址和端口号
	printf("Connect to server[%s:%d] successfully!\n", servip, port);

	// 向服务器发送一次消息，Hello World!
	rv = write(socket_fd, MSG_STR, strlen(MSG_STR));
	if(rv < 0)
	{
		printf("Write to server by sockfd[%d] failure : %s\n",
				socket_fd, strerror(errno));
		return -3;
	}
	while(1)
	{
		// 每次进入循环清空缓冲区
		// 持续读取服务器发送的数据存入缓冲区
		memset(buf, 0, sizeof(buf));
		rv = read(socket_fd, buf, sizeof(buf));
		if(rv < 0)
		{
			printf("Read data form server by sockfd[%d] failure : %s \n",
					socket_fd, strerror(errno));
			break;
		}
		else if(rv == 0)
		{
			printf("Socket[%d] get disconnect!\n", socket_fd);
			break;
		}
		else if(rv > 0)
		{
			// 读取成功，本机（客户端）打印读取到的数据
			// 读取到的字节数就是read()的返回值
			printf("Read %d bytes data form Server: %s\n",
				rv, buf);
		}

		// 读取成功后进入此，向服务器发送接收到的数据
		rv = write(socket_fd, buf, sizeof(buf));
		if(rv < 0)
		{
			printf("Write to server by sockfd[%d] failure : %s\n",
					socket_fd, strerror(errno));
			break;
		}
	}

	close(socket_fd);
	return 0;
}


void print_usage(char *progname)
{
	printf("%s usage: \n", progname);
	printf("-i(--ipaddr): sepcify server IP address\n");
	printf("-p(--port): sepcify server port \n");
	printf("-h(--help): printf help information \n");

	return ;
}

socket_server代码

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#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>	// for socket
#include <sys/socket.h> // for socket
#include <string.h>		// fpr strerror and memset
#include <errno.h>		// for errno
#include <netinet/in.h> // for sockaddr_in
#include <arpa/inet.h>	// for inet_aton
#include <fcntl.h>		// for open
#include <unistd.h>		// for read/write/close
#include <getopt.h>		// for getopt_long
#include <stdlib.h>		// for atoi

#define MSG_STR "Hello Wrold! \n"
#define MAX_CLIENT 5

void print_usage(char *progname);

int main(int argc, char **argv)
{
	int socket_fd, client_fd = -1;
	int rv = -1;
	struct sockaddr_in servaddr;
	struct sockaddr_in clientaddr;
	socklen_t cliaddr_len;
	int port = 0;
	char buf[1024];
	// 用在getopt_long中
	int opt = -1;
	const char *optstring = "p:h";
	struct option opts[] =
	{
		{"help", no_argument, NULL, 'h'},
		{"prot", required_argument, NULL, 'p'},
		{0, 0, 0, 0}
	};

	while ((opt = getopt_long(argc, argv, optstring, opts, NULL)) != -1)
	{
		switch (opt)
		{
			case 'p' :
				port = atoi(optarg);
				break;
			case 'h' :
				print_usage(argv[0]);
				return 0;
		}
	}

	if( !port )
	{
		print_usage(argv[0]);
		return 0;
	}
	// 创建socket并获得socket描述符
	socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	// 创建socket失败
	if(socket_fd < 0)
	{
		printf("Create socket failure: %s\n", strerror(errno));
		return -1;
	}
	// 创建socket成功
	printf("Create socket[%d] successfully\n",socket_fd);

	// 初始化结构体，将空余的8位字节填充为0
	// 设置参数，connect连接服务器
	memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));	
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons(port);
	// 监听所有网卡的所有IP地址
	servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

	rv = bind(socket_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

	// bind链接到port失败
	if(rv < 0)
	{
		printf("Socket[%d] bind on port [%d] failure : %s\n",
				socket_fd, port, strerror(errno));
		return -2;
	}
	// bind链接到port成功
	printf("Socket[%d] bind on port [%d] successfully!\n", socket_fd, port);

	// 开启监听
	listen(socket_fd, MAX_CLIENT);


	memset(&clientaddr, 0, sizeof(clientaddr));
	while(1)
	{
		printf("Waiting for client connect...\n");
		client_fd = accept(socket_fd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &cliaddr_len);
		if(client_fd < 0)
		{
			printf("Accept client connect failure: %s\n", strerror(errno));
			break;
		}
		printf("Accept client connect from %s:%d\n",
				inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), ntohs(clientaddr.sin_port));
		while(client_fd)

		// 每次进入循环清空缓冲区
		// 持续读取客户端发送的数据存入缓冲区
		memset(buf, 0, sizeof(buf));
		rv = read(client_fd, buf, sizeof(buf));
		if(rv < 0)
		{
			printf("Read data form client by sockfd[%d] failure : %s \n",
					client_fd, strerror(errno));
			close(client_fd);
			continue;
		}
		else if(rv == 0)
		{
			printf("Socket[%d] get disconnect!\n", client_fd);
			close(client_fd);
			continue;
		}
		else if(rv > 0)
		{
			// 读取成功，本机（服务端）打印读取到的数据
			// 读取到的字节数就是read()的返回值
			printf("Read %d bytes data form Server: %s\n",
				rv, buf);
		}

		// 读取成功后进入此，向客户端发送接收到的数据
		rv = write(client_fd, buf, sizeof(buf));
		if(rv < 0)
		{
			printf("Write to client by sockfd[%d] failure : %s\n",
					client_fd, strerror(errno));
			close(client_fd);
		}


	}

	close(socket_fd);
	return 0;
}


void print_usage(char *progname)
{
	printf("%s usage: \n", progname);
	printf("-p(--port): sepcify server port \n");
	printf("-h(--help): printf help information \n");

	return ;
}