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【网络编程】socket套接字|sockaddr|sockaddr_in|通信过程

at小涛 2024-09-27 阅读 11

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源IP地址和目的IP地址

Socket

网络字节序

socket编程接口

 sockaddr结构

sockaddr

sockaddr_in(IPv4)

 sockaddr_in(IPv6)

完整的套接字(socket)通信过程

创建socket套接字 

bind绑定套接字

 listen建立监听

 accept接受连接

connect建立连接 

sendto发送数据

接收数据

close关闭套接字


源IP地址和目的IP地址

Socket

在进行网络通信时,客户端就相当于插头,服务端就相当于一个插座,但服务端上可能会有多个不同的服务进程(多个插孔),因此当我们在访问服务时需要指明服务进程的端口号(对应规格的插孔),才能享受对应服务进程的服务;

网络字节序

数据在内存中存储有大小端之分,而磁盘文件中的多字节数据相对于文件中的偏移量地址也有大小端之分,网络数据流也有大小端之分;

这样就引出了一个问题:如果通信的进程是在一台主机上还没啥问题(存储读取方式相同),如果是跨主机通信,一方是大端存储,一方是小端存储,假设不做处理发送给对方,不同的存储和读取方式肯定会引起乱码问题

为了避免问题:需要将数据发送前转成网络字节序。而TCP/IP协议规定网络数据流应采用大端字节序(低地址高地址),所以如果当前发送主机方是小端,需要先将数据转成大端

socket编程接口

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);
 
// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器)
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,
socklen_t address_len);
 
// 开始监听socket (TCP, 服务器)
int listen(int socket, int backlog);
 
// 接收请求 (TCP, 服务器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address,
socklen_t* address_len);
 
// 建立连接 (TCP, 客户端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);

 sockaddr结构

sockaddr结构体之外还有两个结构体:sockaddr_in和sockaddr_un

  • sockaddr_in结构体是用于跨网络通信,其中sockaddr_in的in是inet,"inet" 是Internet Protocol(IP)的简写
  • sockaddr_un结构体是用于本地通信,其中sockaddr_un的un是unix

 

sockaddr
struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family;  // 地址族(Address family)
    char sa_data[14];       // 套接字地址数据(Socket address data)
};
sockaddr_in(IPv4)
struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family;   // 地址族(AF_INET)
    in_port_t sin_port;       // 端口号(Port number),网络字节序
    struct in_addr sin_addr;  // IPv4地址
    char sin_zero[8];         // 填充字节,使结构体大小与 `sockaddr` 一致
};
 sockaddr_in(IPv6)
struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t      sin6_family;  // 必须设置为 AF_INET6
    in_port_t        sin6_port;    // 端口号,网络字节序
    uint32_t         sin6_flowinfo; // 流量控制信息
    struct in6_addr  sin6_addr;    // IPv6 地址
    uint32_t         sin6_scope_id; // 范围ID
};

struct in6_addr {
    unsigned char   s6_addr[16];  // 128位IPv6地址
};

完整的套接字(socket)通信过程

  1. 创建套接字:使用socket()函数来创建一个新的套接字。此函数需要三个参数:地址族(如AF_INET对应IPv4)、套接字类型(如SOCK_STREAM 表示TCP流套接字)和协议(一般设置为0,让系统选择默认协议)。
  2. 绑定地址:服务器端需要将套接字绑定到一个本地地址上,以便客户端可以连接到它。使用 bind() 函数来完成这个操作。首先定义一个 sockaddr_in 结构体,并填充相应的信息(IP地址和端口号),然后调用 bind()。
  3. 监听连接:对于服务器来说,下一步是监听传入的连接请求。使用listen() 函数,指定要监听的套接字和队列的最大长度。
  4. 接受连接:当有客户端尝试连接时,服务器通过 accept() 函数接受连接。这会创建一个新的套接字用于与客户端通信。
  5. 发送/接收数据:一旦连接建立,双方就可以通过 send() 和 recv() 函数或它们的变体(如 write() 和 read())交换数据了。
  6. 关闭连接:通信完成后,应该关闭套接字,释放资源。使用 close() 函数来关闭套接字。

创建socket套接字 

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

// 创建一个IPv4的TCP套接字
int socket(int domain, int type, int protocol);

 调用socket这个函数得到一个文件描述符,在操作系统的内核中,它对应于一个数据结构,存储了该套接字的各种状态信息和资源,例如IP地址、端口号、通信协议、缓冲区等。

bind绑定套接字

bind函数将套接字绑定到一个IP地址和端口号。

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

 listen建立监听

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);

 accept接受连接

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

connect建立连接 

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sendto发送数据

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
 const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

接收数据

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, 
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

close关闭套接字

#include<unistd.h>
int close(int fd);

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