第2章 基本的TCP套接字
2.1 IPv4 TCP客戶端
????4個步驟：
（1） socket()創建TCP套接字(window下要用初始化套接字環境)
（2） connect()建立到達服務起的連接
（3） send()和recv() 通信
（4） close關閉連接(Windows 下使用closesock())?
2.1.1 應答（echo）協議的客戶端
程序代碼如下：
文件：practical.h，錯誤處理函數
?
文件：tcp_echo_client.c
#include <stdio.h> /* fputs */ #include <stdlib.h> /* exit, atoi, memset */ #include <unistd.h> /* standard symbolic constants and types and miscellaneous functions: _POSIX_VERSION, _XOPEN_VERSION, R_OK, W_OK, SEEK_SET, SEED_CUR, F_LOCK, STDIN_FILENO, function declarations and so on */ #include <sys/types.h> /* system data types: clock_t, dev_t,gid_t, mode_t, off_t, pid_t, size_t, ssize_t, time_t, uid_t and so on*/ #include <sys/socket.h> /* socket, connect, bind, listen, accept, send, sendto, sendmsg, recv, recvform, recvmsg */ #include <netinet/in.h> /* socket address:sockaddr, sockaddr_in sockaddr_in6 and so on or old system: difine htons, htonl, ntohs, ntohl*/ #include <arpa/inet.h> /*inet_ntop, inet_pton, htons, htonl, ntohs, ntohl */ #include "practical.h" int main(int argc, char *argv[]) {//Test for correct number of argumentsif (argc < 3 || argc > 4) {err_quit("Usage: a.exe <server address> <echo word> [<server port>]");}char *servip = argv[1]; //first arg: server IP address(dotted quad)char *echo_string = argv[2]; //second arg: string to echo//Third arg(optional): server prot(numeric). 7 is well_known echo portin_port_t servport = (argc == 4) ? atoi(argv[3]) : 7;//Create a reliable, stream socket using TCPint sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (sock < 0) {err_sys("socket failed");}//Construct the server address structurestruct sockaddr_in servaddr; //IPv4 server addressmemset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET; //IPv4 address family//Convert addressint rtnval = inet_pton(AF_INET, servip, &servaddr.sin_addr.s_addr);if (rtnval == 0) {err_quit("inet_pton failed: invalid address string");} else if (rtnval < 0) {err_sys("inet_pton failed");}servaddr.sin_port = htons(servport); //server port//Establish the connection to the echo serverif (connect(sock, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {err_sys("connect failed");}size_t echo_stringlen = strlen(echo_string);//Send the string to the serverssize_t numbytes = send(sock, echo_string, echo_stringlen, 0);if (numbytes < 0) {err_sys("send() failed");} else if (numbytes != echo_stringlen) {err_quit("send(), send unexpected of bytes");}//Receive the same string back from the serverunsigned int totalbytesrecvd = 0; //count of total bytes receivedfputs("Received: ", stdout);while (totalbytesrecvd < echo_stringlen) {char buf[BUFSIZ]; //I/O buffer//Receive up to the buffer size (minus 1 to leave space for a//null terminator) bytes from the sendernumbytes = recv(sock, buf, BUFSIZ - 1, 0);if (numbytes < 0) {err_sys("recv() failed");} else if (numbytes == 0){err_quit("connection closed prematurely");}totalbytesrecvd += numbytes;buf[numbytes] = '\0';fputs(buf, stdout);}fputs("\n", stdout); close(sock);exit(0); }????注意：TCP是一種字節流協議，它的一種實現是不會保持send()邊界。通過在連接的一端調用send()發送的字節可能不會通過在另一端單獨調用一次recv而全部返回，需要反復接受。?
????編寫套接字應用程序基本原則：對于另一端的網絡和程序將要做什么事情，永遠不要做出假設。
????在給用戶提示信息是，若需要格式化則使用printf（），否則使用fputs()。應該避免使用printf輸出固定的，預先格式化的字符串。你從來都不應該把從網絡收到的文本作為第一個參數傳遞給printf()，這會引起嚴重的安全問題，要用fputs()。?
2.2 IPv4 TCP服務器
????服務器職責是建立通信端點，被動等待客戶的連接。
????（1）socket()創建TCP套接字
????（2）利用bind()給套接字分配端口
????（3）listen（）告訴系統允許對端口建立連接
????（4）反復執行以下操作：
????????a.調用accept為每個客戶連接獲取新的套接字
????????b.使用send()和recv()通過新的套接字與客戶通信
????????c.使用close（）關閉客戶連接。
程序代碼如下：
文件：tcp_echo_server.c
?
運行時：windows?下建議安裝Cygwin,配置vim
????gcc practical.c tcp_echo_client.c -o client?????? 生成client
????gcc practical.c tcp_echo_server -o server????????生成server
先運行：server.out?端口號（如：5000）
client IPv4地址? 顯示字符串? 端口號（5000）。
????與客戶端的不同：服務器中套接字的使用必須涉及一個地方綁定到套接字，然后把該套接字用作獲得連接到客戶的其他套接字的方式?？蛻舯仨毥oconnect提供服務器的地址，而服務器必須給bind（）指定它自己的地址。他們要對這份信息（服務器的地址和端口）達成協議進行通信，它們實際上都不需要知道客戶的地址。
????編寫套接字網絡應用程序的關鍵是：防御型編程，你的代碼絕對不能對通過網絡接受到的任何信息做出假設。
????可以使用telnet 連接到服務器，telnet?IP地址。
2.3 創建和銷毀套接字
????套接字是通信端點的抽象，訪問套接字需要套接字描述符，在unix下是用文件描述符實現的。許多處理文件描述符的函數（read, write等）可以處理套接字描述符。
????#include?<sys/socket.h>
????int socket(int domain, int type, int protocol)
????????????????????????????返回值：成功返回文件（套接字）描述符，失敗返回-1
用于創建套接字的實例。
????domain:套接字的通信領域，
????????????????AF_INET????????????IPv4
????????????????AF_INET6? ????????IPv6
????????????????AF_UNIX?? ????????UNIX域（AF_LOCAL域）
????????????????AF_UNSPEC?????任何域
????type：套接字類型，進一步確定通信特征
????????????????SOCK_DGRAM?? ? ? ?長度固定的，無連接的不可靠報文傳遞，UDP默認協議
????????????????SOCK_RAW ? ? ? ? ? ?IP協議的數據報接口（POSIX.1中可選）
????????????????SOCK_SEQPACKET??長度固定有序，可靠的面向連接報文傳遞
????????????????SOCK_STREAM?? ? ? 有序，可靠，雙向的面向連接字節流，TCP默認協議
????protocol:端到端協議，通常為0，代表默認。SOCK_SEQPACKAGE與SOCK_STREAM類似，但從套接字得到的是基于報文服務的而不是字節流服務。這意味著它的套接字接收的數據量與對方發送的一致。流控制傳輸協議（Stream Control Transmission Protocol, SCTP）提供順序數據報服務。SOCK_RAW套接字提供一個數據報接口用于直接訪問下面的網絡層（IP層）。使用這個接口時，應用程序負責構造自己的協議首部，傳輸協議（TCP, UDP）被繞過。當創建一個原始套接字時需要超級用戶特權，用以防止惡意程序繞過內建安全機制來創建報文。
????調用socket類似于open，在兩種情況下均可以獲得用于輸入輸出的文件描述符。不需要描述符時，調用close，釋放該描述符以便重新使用，套接字描述符本質上一個文件描述符，但不是所有參數為文件的函數都可以接受套接字描述符。
????關閉套接字
????#include <sys/socket.h>
????int close(int socket);
函數告訴底層協議棧發起關閉通信以及釋放與套接字關聯的資源。
?????套接字關閉是雙向的，使用
????#include <sys/socket.h>
????int shutdown(int sockfd, int how);?
?????????????????????????????????返回值：成功0，失敗-1
禁止套接字上的輸入輸出。
????how: SHUT_RD,關閉讀端，無法從套接字讀取數據。
? ? ? ? ? ? SHUT_WR?,關閉寫端，無法從套接字發送數據。
? ? ? ? ? ? SHUT_RDWR,?關閉讀寫。
2.4 指定地址
????要確定通信目標進程，使用網絡地址確定想要與之通信的計算機，服務（端口號）標識計算機上特定進程。
????字節序列：大端法，低位地址標識高位字節（類似于我們寫的數字，地址由低到高，左邊為高位）。小端法相反，低位地址表示低位字節。（inter平臺，小端，Power PC,SUN大端）
????網絡字節序列使用大端法，因此需要處理器字節序列與網絡字節序列的轉換。
????#include??<arpa/inet.h>????????????????//某些老系統<netinet/in.h>
????uint32_t????htonl(uint32_t? hostint32);????????//主機字節序列轉換到網絡字節序列long int(32位)
????????????????????????????????????????????返回值：以網絡字節序列表示的32位整形
????uint16_t????htons(uint16_t? hostint16);????????//主機字節序列轉換到網絡字節序列short int(16位),常用于轉換Port號
????????????????????????????????????????????返回值：以網絡字節序列表示的16位整形
????uint32_t????ntohl(uint32_t? hostint32);????????//網絡字節序列long int(32位)轉換到?主機字節序列?
?????????????????????????????????????????? ?返回值：以主機字節序列表示的32位整形
????uint16_t????ntohl(uint16_t? hostint16);???????//網絡字節序列long short(16位)轉換到?主機字節序列???????????????????????????????????????????
????????????????????????????????????????????返回值：以主機字節序列表示的16位整形
2.4.1?通用地址
????以一個泛型地址用于傳遞給套接字函數。其它地址必須強制轉換為它。
????#include <netinet/in.h>????????????//定義了所有地址
????struct?? socketaddr? {
????????sa_family_t????sa_family;????????????//Address family （e.g., AF_INET(6)）
????????char????????????????sa_data[];????????????//variable-address length
????}
????套接字實現可以自由的添加額為的成員和定義sa_data[]的大小。
????在Linux下，
????struct?? socketaddr? {
????????sa_family_t????sa_family;
????????char????????????????sa_data[14];
????}????
????FreeBSD下，
????struct?? socketaddr? {
????????unsigned? int?? sa_len;????????????????//total? length
????????sa_family_t????sa_family;
????????char????????????????sa_data[14];
????}????
2.4.2?? IPv4地址
????sockaddr的結構依賴于IP版本。
????struct?? in_addr {
????????in_addr_t? s_addr;????????????????//IP address
????}
????
????struct? sockaddr_in{
????????sa_family_t??? sin_family;????????????????//internet? procotol? (AF_INET)
????????in_port_t????????sin_port;????????????????????//address port????(16 bits)
????????struct????in_addr????sin_addr;????????????//IPv4 address (32 bits)
????????char???? sin_zero[8?];????????????????????????//not used
??? }
????in_port_t?是uint16_t, in_addr_t是uint32_t,都被定義在<stdint.h>中
????sockaddr_in只是sockaddr結構的更詳細視圖，是為IPv4套接字定制的。把sockaddr_in強制轉換為sockaddr時，套接字函數會檢測sa_familiy字段獲取實際類型，然后強制轉換為合適類型。
2.4.3 IPv6地址
????struct? in6_addr {
????????uint8_t? s_addr[16];
????}
????struct? sockaddr_in6 {
????????sa_family_t? sin6_family;????????????//AF_INET6
????????in_port_t? ????sin6_port;
????????uint32_t????????sin6_flowinfo;????????//traffic class and flow? information
????????struct? in6_addr sin6_addr;????????//IPv6 address (128 bits)
????????uint32_t????????sin6_scope_id;??????//set of interface of scope
??? }
2.4.4?通用地址存儲器
????sockaddr不足以存放sockaddr_in6,在我們想為一個地址結構分配大小時，但是不知道實際類型（4或6），sockaddr不工作，因為它對與某些結構大小。使用sockaddr_storage結構，保證與任何支持的地址類型一樣大。
struct????sockaddr_storage? {
????sa_family_t????????????????????//前導地址組字段，確定地址的實際類型
????...
}
????在一些系統，地址結構包含一個額外的存儲地址結構長度（字節為單位）的字段。由于長度字段并非所有系統都可用，應該避免使用，通常系統會提供一個值用于測試長度是否存在。
2.4.5二進制/字符串地址轉換
????套接字函數只能理解數字（二進制形式），但是人們使用的是“可打印字符串（如：192.178.2.2，1：：1）”。
????#include <arpa/inet.h>
????const? char?*inet_ntop(int domain, const void *restrict addr, char *restrict str, socket_t size);
????????????????????????返回值：成功返回地址字符串指針，出錯返回NULL（將數字（二進制網絡地址）轉換為23.24.54.4類型地址）
????int inet_pton(int domain, const char *restrict str, void *restrict addr);
?????????????????????????返回值：成功返回1，格式無效返回0，出錯返回-1（pton=printable to numeric）(將23.3.4.5類型地址轉換為數字，網絡地址（二進制）)
????domain:地址族，只有AF_INET或AF_INET6。
??? 對于inet_ntop(), size:保存文本緩存區（可打印的地址str）的大小。兩個常數用于簡化工作，INET_ADDRSTRLEN定義足夠大的空間（可能最長的結構字符串）存放IPV4地址。INET6_ADDRSTRLEN定義用于存放IPv6的空間。
????對于inet_pton()，str是一個null結尾的字符串，addr要足夠大，IPv4至少32為，IPv6至少128位。
2.5將套接字與地址綁定
???與客戶端關聯的套接字地址沒有太大意義，可以讓系統選擇一個默認的地址。對于服務器需要給接收客戶端請求的套接字綁定一個眾所周知地址。客戶端可以為服務器保留一個地址并在/etc/services或在某個名字服務（name service）中注冊。
????#include <sys/socket.h>
????int bind(int sockfd, struct sockaddr *localaddress, socket_t len);?????
????????????????????????返回值：成功返回0，出錯返回-1
????sockaddr設置為通配符INADDR_ANY（IPv4）,IN6ADDR_ANY(IPV6),這是套接字可綁定到所有的系統網絡接口，意味著可以接收系統所有網卡的數據報。調用connect和listen時沒有綁定到一個套接字，系統會選擇一個地址綁定到套接字。
????可以使用IN6ADDR_ANY_INIT把in6_addr結構初始化為通配符地址，但是這個常量只能用于聲明中的“初始化器”。注意：inaddr_any是主機字節序列，在用作bind()的參數之前必須先轉換為網絡字節序列。in6addr_any和in6addr_any_init已經是網絡字節序列。
????當端口號為0提供給bind(),系統將為你選擇未使用的本地端口。
2.6.獲取套接字的關聯地址
????獲取套接字關聯的本地地址
????#include?<sys/socket.h>
??? int? getsockname(int sockfd, struct sockaddr *localaddress, socket_t *addresslength);
????????????????????返回值：成功放回0，出錯返回-1
獲取套接字關聯的外部地址，套接字已經和對方連接，用于獲取對方的地址
????#include <sys/socket.h>
????int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *remoteaddress, socket_t *addresslength);
????????????????????????????返回值：成功放回0，出錯返回-1
????sockfd: 想要獲取其地址的套接字描述符。
????remoteaddress和localaddress指向實現把地址信息存放在其中的地址結構，總會被強制轉換為sockaddr*。若事先不知道IP協議版本，可以傳入一個sockaddr_storage*接受結果。
????addresslength：輸入/輸出型參數，是指向整形的指針（輸入），整形指定sockaddr的大小，返回時（輸出）被設置成返回地址的大小。若該地址與緩沖區長度不匹配，將其截斷不報錯。若沒有綁定到套接字的地址，結果無意義。
2.7建立連接
????處理面向連接的網絡服務（SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKAGE）,需要客戶端套接字與服務區端套接字進行連接。
????#include?<sys/socket.h>
????int connect(int sockfd, const struct sockaddr *foreignaddress, socklen_t addresslen);
????????????????????????返回值：成功返回0，出錯返回-1
connect中的地址foreignaddress是想要與之通信的地址，如果套接字沒有綁定到一個地址，connect會給調用者綁定一個默認接口。
addresslength指定地址結構的長度，通常給出sizeof(struct sockaddr_in)或sizeof（struct sockaddr_in6)。
2.8處理進入的連接
?綁定后服務器套接字就具有一個地址（或至少一個套接字）。指示底層實現偵聽來自套接字
的連接使用listen:
?#include <sys/socket.h>
?int listen(int socket, int queuelimit);
????返回值：成功0，失敗-1
queuelimit:任意時間等待進入連接數量的上限。實際值由系統指定，上線由<sys/socket.h>
中SOMAXCONN指定。一旦隊列滿了就拒絕處理連接的請求。
?listen（）導致內部狀態改變為給定的套接字，使得將會處理進入的TCP連接請求。然后對
它們進行排隊。
? ? ?一旦把套接字配置為偵聽，就可以開始接受其上客戶的連接。首先，服務器現在似乎應該等待
它設置的套接字上的連接，通過套接字進行發送和接收，關閉它，然后重復這個過程，但是實際
上不是這樣。已經被綁定到端口并且標記為“偵聽”的套接字實際上從來不會用于發送和接收
。它被代之用作獲取新套接字的方式，其中每個新套接字用于一條客戶連接，服務器然后在
新套接字上執行發送和接收。
?調用accept獲取用于連接的套接字：
?#include <sys/socket.h>
?int accept(int sockfd, struct sockaddr *clientaddress, socket_t *addresslength);
????返回值：成功返回文件（套接字）描述符，失敗返回-1
? ? 返回的套接字連接到connect的客戶端。這個新的套接字描述符和原始套接字（sockfd）具有相同的套接字
類型和地址族。傳給accept的原始套接字沒有關聯到這個連接，而是繼續保持原來狀態并接受其它連接
請求。
? ? 這個函數為套接字使隊列的下一條連接出隊，如果隊列為空，就阻塞，直到下一個連接請求到達。
成功時就會利用連接到另一端的客戶的地址和端口填充由clientaddr指定的結構的大小（即可用的空間
），一旦返回，就會包含反回的實際地址的大小。成功，返回連接到客戶的新套接字的描述符。一旦失敗
返回-1，大多數系統僅當傳遞了一個錯誤的套接字描述符時，accept才會失敗。在一些平臺，如果套接字
在創建后并在被接受前經歷了網絡級錯誤，那么它可能返回一個錯誤。?
? ? 若不關心客戶端標識，可以將參數addr和len設為NULL,否則在accept之前，應將參數clientaddr設為足夠大的?緩沖區
來存放地址，并將addresslength設為設為代表這個緩沖區大小的整數的指針。返回時，accept會在緩沖區
填寫客戶端的地址并且更新指針addresslength所指向的整數為該地址大小。
? ? ?如果沒有連接請求，就阻塞到一個請求到來，如果sockfd是非阻塞模式，accept返回-1并將error設為
EAGAIN或EWOULDBLOCK(很多平臺，EAGIN定義于EWOULDBLOCK相同)。
?
?2.9 數據傳輸
?在連接后，服務器和客戶端的區別就消失了（至少socket api是這樣）。連接的TCP套接字可以使用
?#inlcude <sys/socket.h>
?ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flags);
???返回值：返回發送的字節數，出錯返回-1
發送數據。它與write類似，但是可以指定標志來改變處理傳輸數據的方式。使用send時套接字必須已經連接。
參數buf和nbytes和write中相同。
?flags:
?MSG_DONTROUTE:勿將數據路由出本地網絡。
?MSG_DONTWAIT: 允許非阻塞操作（等價于O_NONBLOCK）
?MSG_EOR:????? 如果協議支持，此為記錄結束。
?MSG_OOB:??如果協議支持,發送外帶數據。
? ? ?send成功返回，并不必然表示連接另一端的進程接收數據，只表示數據已經無錯誤的發送到網絡。
對于支持為報文設限的協議，如果單個報文超過協議所支持的最大尺寸，send失敗并將error設為EMSGSIXZE,
對于字節流協議，send會默認會阻塞直到整個數據被傳輸。
?#include <sys/socket.h>
?ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes, int flags);
???返回值：以字節計數的消息長度，若無可用消息或對方已經按序結束則返回0，出錯返回-1
?函數recv與read類似，但允許指定選項控制如何接受。
?flag
?MSG_OOB:??? 如果協議支持，接受外帶數據
?MSG_PEEK:?返回報文內容而不真正取走報文
?MSG_TRUNC:?即使報文被截斷，要求返回的是報文的實際長度
?MSG_WAITALL:等待直到所有的數據可用（僅SOCK_STREAM）
?
?當指定MSG_PEEK標志時，可以查看寫一個要讀的數據而不真正取走，再次調用read或recv函數會返回
剛才查看的數據。
對于SOCK_STREAM套接字，接受的數據可以比請求的少，MSG_WAITALL阻止這種行為，除非需要的數據
全部接受recv才返回。對于sock_DGRAM和SOCK_SEQPACKET套接字，它不改變什么行為，因為基于報文的套接字
類型一次讀取就返回整個報文。
?如果發送者已經調用shutdown結束傳輸，或者網絡協議支持默認的順序關閉并且發送端已經關閉，那么
當所有的數據接受完畢后，recv返回0。
?buf指向緩沖區，其中存放接收到的數據，len為緩沖區的長度，它是一次可以接受的最大字節數。recv默認
行為是阻塞到至少傳輸一些字節位置（在多數系統上，將導致recv的通用者解除阻塞的最小數據量是1字節）。
?注意：TCP是一種字節流協議，不會保留send（）邊界。在接收者上調用recv（）一次所讀取的字節數不一定
由調用send（）一次所寫入的字節數確定。
?
?2.10使用IPv6
?IPv6程序涉及了IPv6的地址結構和常量,其它沒有什么不同。
?socket(AF_INTE6, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
?struct sockaddr_in6 servaddr;
?memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
?servaddr.sin6_family = AF_INET6;
?servaddr.sin6_addr?? = in6addr_any;??//不需要轉換為網絡字節序列，已經是了。
?servaddr.sin6_port?? = htons(servport);
?IPv6的地址長度：INET6_ADDRSTRLE;
轉載于:https://www.cnblogs.com/hancm/p/3668355.html
《新程序員》：云原生和全面數字化實踐50位技術專家共同創作，文字、視頻、音頻交互閱讀總結
以上是生活随笔為你收集整理的第2章 基本的TCP套接字的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 为何jsp 在resin下乱码，但在to
- 下一篇： Cracking The Coding