【为项目做准备】Linux网络编程重点知识(项目通用知识)

本文主要是介绍【为项目做准备】Linux网络编程重点知识(项目通用知识)，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

流程

socket 编程流程
服务器

• 创建套接字（socket）
• 将socket与IP地址和端口绑定（bind）
• 监听被绑定的端口（listen）
• 接收连接请求（accept）
• 从socket中读取客户端发送来的信息（read）
• 向socket中写入信息（write）
• 关闭socket（close）

客户端

• 创建套接字（socket）
• 连接指定计算机的端口（connect）
• 向socket中写入信息（write）
• 从socket中读取服务端发送过来的消息（read）
• 关闭socket（close）

socket()

socket()函数，用来创建套字节

1. 头文件：#include <sys/socket.h>
2. 函数：int socket(int domain, int type, int protocol)

相应参数说明：
- domain：
指定套接字的地址族，常见的AF_INET （IPv4）和 AF_INET6 （IPv6）。- type：
指定套接字的类型，常见的有 SOCK_STREAM （TCP协议）和 SOCK_DGRAM （UDP协议）。- protocol：
指定套接字使用的协议，通常为0，表示使用默认协议。默认的协议通常是与给定的域和套接字类型最匹配的协议。有些域和套接字类型支持多种协议。这时就可以根据protocol参数来确定最终的协议。
例如，在IPv4中，SOCK_STREAM套接字类型支持TCP和SCTP协议，SOCK_DGRAM套接字类型支持UDP和DCCP协议。
如果我们要使用SCTP协议而不是TCP协议来创建一个SOCK_STREAM套接字，则可以将protocol参数设置为IPPROTO_SCTP。不同操作系统可能支持不同的协议，因此要根据具体的环境来选择正确的协议。

3. 返回值
   套接字函数，如socket()，bind()，listen()等，其返回值通常是int型。这些函数的返回值表示函数执行的结果或错误代码.

• 如果成功就返回一个非负的套接字描述符，用于后续的套接字操作。
• 失败就返回-1，可以通过检查全局变量errno来获取具体错误代码。

示例代码：

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd == -1) {perror("socket creation failed");exit(EXIT_FAILURE);}

setsockopt()

setsockopt()函数，用来设置socket的属性。

1. 头文件：#include <sys/socket.h>
2. 函数：int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

参数说明：

setsockopt()函数是一个用于设置套接字选项的系统调用函数。它允许应用程序在已打开的套接字上设置各种选项，以控制套接字的行为。- sockfd：
套接字描述符，之前通过 socket() 函数创建的套接字的文件描述符。- level：
指定选项所在的协议层。通常的协议层包括SOL_SOCKET(通用套接字选项)、IPPROTO_TCP（TCP协议选项）和IPPROTO_IP（IP协议选项）等。- optname：
指定要设置的选项名称。这个值取决于 level 参数。例如，对于 SOL_SOCKET，常见的选项包括 SO_REUSEADDR、SO_RCVBUF、SO_SNDBUF 等。- optval：
指向存储选项值的缓冲区，这个值的类型和大小取决于 optname。- optlen：
指定选项值的大小，这个值通常是 optval 所指向的数据结构的大小。

常见的选项：

- SO_REUSEADDR：允许重新使用本地地址。
- SO_RCVBUF：设置接收缓冲区的大小。
- SO_SNDBUF：设置发送缓冲区的大小。
- TCP_NODELAY：禁用 Nagle 算法，减少延迟。

使用示例：

• 创建套接字：

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(socket < 0){perrpr("socket");exit(EXIT_FAILURE);
}

• 设置接收缓冲区大小

int optval = 4096;//4KB
if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &optval, optlen) < 0) {
{perror("setsockopt");close(sockfd);exit(EXIT_FAILURE);
}

• 获取并打印接收缓冲区大小

if (getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &optval, &optlen) < 0) {perror("getsockopt");close(sockfd);exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("Receive buffer size: %d\n", optval);

• 关闭套接字

close(sockfd);

• 设置套接字为可重用

这段代码设置了 SO_REUSEADDR 选项，使得套接字可以重新绑定到一个地址，而不需要等待地址释放。这对于服务器程序在关闭后立即重新启动时很有用。

int optval = 1;//通常用来表示布尔值 true，即启用某个选项。
if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &optval, sizeof(optval)) < 0) //小于 0，表示调用失败
{perror("setsockopt failed");exit(EXIT_FAILURE);
}

• 设置接收或发送超时时间：

struct timeval timeout; //timeout 是一个 struct timeval 结构体，用来表示时间。
timeout.tv_sec = 5; //设置为 5，表示超时时间为 5 秒。
timeout.tv_usec = 0; //设置为 0，表示超时时间的微秒部分为 0。
if (setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &timeout, sizeof(timeout)) < 0) 
{perror("setsockopt failed");exit(EXIT_FAILURE);
}

3. 返回值
   setsockopt()函数的返回值是一个整数，表示函数执行的结果。如果函数执行成功，则返回值为0；如果函数执行失败，则返回值为-1，并且可以通过检查全局变量errno来获取具体的错误代码。常见的错误代码包括：

• EBADF：无效的套接字描述符
• ENOTSOCK：指定文件描述符不是套接字
• EINVAL：无效的选项名称或选项值
• EPERM：当前用户权限不足，无法设置该选项。需要根据返回值来判断函数是否执行成功，并根据具体的错误代码来处理错误情况。

bind()

bind()函数用于绑定端口

1. 头文件：
   #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
2. 函数：
   int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数说明：

- sockfd ：
表示要绑定的套接字文件描述符。它是通过调用 socket 函数创建的套接字的文件描述符。- addr ：
是一个指向 struct sockaddr 类型的指针，用于指定要绑定的 IP 地址和端口信息。具体的地址信息取决于所使用的协议族（如 IPv4 或 IPv6）以及地址结构体的类型（如 struct sockaddr_in 或 struct sockaddr_in6 ）。- addrlen：
是一个 socklen_t 类型的参数，表示传递给 addr 参数的地址结构体的长度。通过这三个参数， bind 函数可以将指定的套接字与特定的 IP 地址和端口进行绑定。

3. 返回值：
   bind 函数返回一个整数值。它的返回值表示函数执行的结果，具体含义如下：

• 绑定成功返回0
• 绑定失败返回1，并设置相应的错误码，可以使用 perror 函数打印错误信息，或者使用 errno 变量获取错误码。

示例代码：

struct sockaddr_in address;address.sin_family = AF_INET;address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(8080);if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {perror("bind failed");exit(EXIT_FAILURE);}

listen()

用于监听连接

1. 头文件：#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
2. 函数：int listen(int sockfd, int backlog);

参数说明：

- sockfd ：
表示要监听的套接字文件描述符。它是通过调用 socket 函数创建的套接字的文件描述符。- backlog：
表示等待连接队列的最大长度。它指定了在调用 accept 函数之前，可以排队等待的连接请求数量。

3. 返回值：
   返回一个整数，0表示监听成功。-1表示出现错误，并且有相应的错误码，可以使用perror函数打印错误信息，使用errno变量获取错误码。

调用listen函数之前，必须先调用bind函数将套接字与特定的IP地址和端口进行绑定。否则， listen 函数将会失败。

示例代码：

if (listen(sockfd, 3) < 0) {perror("listen");exit(EXIT_FAILURE);}

accept()

1. 头文件：#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>
2. 函数：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

参数说明：

- sockfd ：
表示要接受连接请求的套接字文件描述符。它是通过调用 socket 函数创建的套接字的文件描述符。- addr ：
是一个指向 struct sockaddr 类型的指针，用于存储连接的客户端的地址信息。- addrlen ：
是一个指向 socklen_t 类型的指针，用于指定 addr 参数所指向的地址结构体的长度，并在函数调用后更新为实际接受的地址结构体的长度。

3. 返回值：

• 如果接受连接成功， accept 函数返回一个新的套接字文件描述符，用于与客户端进行通信。
• 出现错误则返回-1，并设置相应的错误码，可以使用perror函数打印错误信息，或者使用 errno 变量获取错误码。

另外，accept 函数会阻塞程序的执行，直到有客户端连接请求到达，或者出现错误。在多线程或多进程的网络编程中，可以使用 accept 函数来接受客户端连接请求，并将处理客户端请求的任务交给其他线程或进程来处理。

示例代码：

int new_socket;struct sockaddr_in client_address;socklen_t addrlen = sizeof(client_address);new_socket = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_address, &addrlen);if (new_socket < 0) {perror("accept");exit(EXIT_FAILURE);}

connect()

connect()函数用于客户端与服务端建立连接，向指定的服务器地址和端口发送连接请求
函数：
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数解释：
sockfd：套接字的文件描述符
addr：指向服务器sockaddr结构的指针
addrlen：addr结构的大小

示例代码：

struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(8080);
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {perror("Invalid address/Address not supported");exit(EXIT_FAILURE);}
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {perror("Connection Failed");exit(EXIT_FAILURE);}

send()和recv()

send()：将数据发送到已连接的套接字。

recv()：从已连接的套接字接收数据。

函数原型

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

sockfd: 套接字的文件描述符。
buf: 指向发送或接收数据的缓冲区。
len: 数据长度。
flags: 传输标志，通常为0。

示例代码：

char *message = "Hello, Server";
send(sockfd, message, strlen(message), 0);char buffer[1024] = {0};recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);printf("Message from server: %s\n", buffer);

sendto()和recvfrom()

UDP发送、接收消息

sendto()：将数据发送到指定的地址（适用于UDP）。
recvfrom()：从指定的地址接收数据（适用于UDP）。

函数原型

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

dest_addr: 目标地址。
src_addr: 源地址。

示例代码：

struct sockaddr_in server_addr;server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(8080);server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;char *message = "Hello, UDP Server";
sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));char buffer[1024] = {0};struct sockaddr_in client_addr;socklen_t addr_len = sizeof(client_addr);recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_len);printf("Message from server: %s\n", buffer);

TCP socket编程

TCP服务端

在服务器端创建一个监听特定端口的TCP套接字，接受客户端的连接请求，并读取并打印来自客户端的数据。

#include <stdio.h>//提供输入输出函数
#include <stdlib.h>//包含各种类型转换和内存分配函数
#include <string.h>//处理C语言中的字符串操作
#include <unistd.h>//提供对POSIX操作系统的API访问功能
#include <arpa/inet.h>//用于IP地址转换函数，如将点分十进制IP转换为网络字节顺序int main() {int server_fd, new_socket;//定义了服务器套接字server_fd和新的连接套接字new_socketstruct sockaddr_in address;//初始化结构体sockaddr_in，用于服务器端地址设置int addrlen = sizeof(address);char buffer[1024] = {0};//创建一个新的套接字，使用IPV4（AF_INET），流套接字（SOCK_STREAM）即TCP协议。如果套接字创建失败，返回0，程序将打印错误并退出。if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {perror("Socket failed");exit(EXIT_FAILURE);}address.sin_family = AF_INET;//指定地址家族为IPV4address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//将服务器的IP地址设置为接受任何来自本机的IP，用于服务器可以在任何一个可用的网络接口接收数据。address.sin_port = htons(8080);//将端口号设置为8080，htons函数确保端口号的字节顺序符合网络字节顺序。//将之前创建的套接字绑定到指定的网络地址上。失败则打印错误信息并退出if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&amp;address, sizeof(address)) < 0) {perror("Bind failed");exit(EXIT_FAILURE);}//使服务器套接字处于监听状态，可以接受连接请求。这里的3表示系统允许在处理之前，最多有3个连接处于等待状态。if (listen(server_fd, 3) < 0) {perror("Listen failed");exit(EXIT_FAILURE);}//等待客户端的连接请求。当请求到来时，接受连接并创建一个新的套接字new_socket用于与客户端的通信。这里的address和addrlen提供了一个缓冲区来接收连接实体的具体地址信息。if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&amp;address, (socklen_t*)&amp;addrlen)) < 0) {perror("Accept failed");exit(EXIT_FAILURE);}//从new_socket中读取最多1024字节的数据到buffer中。read(new_socket, buffer, 1024);printf("Message: %s\n", buffer);//关闭与客户端的连接。close(new_socket);//关闭监听的服务器套接字，结束程序。close(server_fd);return 0;
}

TCP客户端

客户端创建一个套接字，连接到服务器，发送消息，并接收服务器的响应。

#include <stdio.h>//提供基本的输入输出函数
#include <stdlib.h>//包含各种类型转换和内存分配函数
#include <string.h>//用于处理C语言中的字符串操作
#include <unistd.h>//提供对POSIX操作系统API的访问功能
#include <arpa/inet.h>//用于IP地址转换函数，如将点分十进制转换为网络字节顺序int main() {//定义了套接字sock。int sock = 0;//定义并初始化服务器地址结构sockaddr_in，用于设置服务器的地址信息struct sockaddr_in serv_addr;char *hello = "Hello from client";char buffer[1024] = {0};//创建一个新的套接字，使用IPv4（AF_INET），流套接字（SOCK_STREAM）即TCP协议。如果套接字创建失败，将打印错误信息并返回-1。if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {printf("\n Socket creation error \n");return -1;}serv_addr.sin_family = AF_INET;//指定地址家族为IPv4。serv_addr.sin_port = htons(8080);//将端口号设置为8080，htons函数确保端口号的字节顺序符合网络字节顺序。//将字符串形式的IP地址“127.0.0.1”转换为二进制形式并存储到serv_addr.sin_addr中。如果转换失败，打印错误信息并返回-1。if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &amp;serv_addr.sin_addr) <= 0) {printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");return -1;}//尝试与指定服务器和端口的服务端建立连接。如果连接失败，打印错误信息并返回-1。if (connect(sock, (struct sockaddr *)&amp;serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {printf("\nConnection Failed \n");return -1;}//向服务器发送数据。hello是要发送的字符串，strlen(hello)计算该字符串的长度。第四个参数0是指定发送操作的标志，这里设置为0，表示没有特殊的发送选项。send(sock, hello, strlen(hello), 0);printf("Hello message sent\n");//从服务器接收最多1024字节的数据到buffer中read(sock, buffer, 1024);printf("Message: %s\n", buffer);//关闭套接字，结束与服务器的连接close(sock);return 0;
}

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