[网络协议]网络socket编程（c语言）

一.socket通信简介

Socket是对TCP/IP协议的封装，Socket本身并不是协议，而是一个调用接口（API），通过Socket，我们才能使用TCP/IP协议,主要利用三元组【ip地址，协议，端口】。
socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。
Socket()函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。

二.网络socket客户端和服务器端连接过程如下：

1.1 socket()
int socket(int domain,int type, int protocol);
返回值： 成功：返回指向新创建的socket的文件描述符，失败：返回-1。

domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，
Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了
要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。

type:创建的套接字的类型，常用SOCK_STREAM（流式套接字），SOCK_DGRAM（数据报套接字）

protocol: 传0 表示使用默认协议。

1.2 bind()
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)；
返回值:函数执行成功返回0,否则返回-1, 并设置错误代码。

sockfd：需要绑定的套接字文件描述符。
addr：存入网络类型，网络地址和端口号的结构体。
addrlen：addr结构体的长度。

ipv4使用的结构体是struct sockaddr_in类型，所以绑定时需要强制类型转换成struct sockaddr类型
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sin_family; /* 2 bytes address family, AF_xxx such as AF_INET /
in_port_t sin_port; / 2 bytes port*/
struct in_addr sin_addr; /* 4 bytes IPv4 address*/
unsigned char sin_zero[8]; /* 8 bytes unused padding data, always set be zero */
};

struct sockaddr
{
sa_family_t sa_family; /* 2 bytes address family, AF_xxx /
char sa_data[14]; / 14 bytes of protocol address */
}

在使用bind时常用的两个函数：htons和htonl，在将一个地址绑定到socket的时候，先将主机字节序转换成为网络字节序
serv_addr.sin_port = htons(LISTEN_PORT);
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

IP地址“127.0.0.1”这是点分十进制形式的字符串形式，而在结构体struct sockaddr_in 中IP地址是以32位(即4字节整形类型)数据保存的，这时我们可以调用 inet_aton() 函数将点分十进制字符串转换成 32位整形类型

1.3 listen()
int listen(int sockfd,int backlog);
返回值：成功返回0，失败返回-1。
sockfd: socket文件描述符
backlog: 排队建立3次握手队列和刚刚建立3次握手队列的链接数和

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

属性相同的连接套接字,并为这个套接字分配一个文件描述符,然后以这个描述符返回
返回值：若成功则返回一个非负整数标识这个连接套接字,发生错误时返回-1。
sockfd:一个正在用于监听功能下的套接字的文件描述符。
addr：用于储存接受到的客户端的网络信息的结构体（参考bind下的使用）
addrlen：addr结构体长度

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

sockfd: 客户端的socket()创建的描述字
addr: 要连接的服务器的socket地址信息，这里面包含有服务器的IP地址和端口等信息
addrlen: socket地址的长度

客户端server.c程序编写

/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2021 jiaoer237
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  socket_server.c
 *    Description:  This file 
 *                 
 *        Version:  1.0.0(11/21/2021)
 *         Author:  yanp <2405204881@qq.com>
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "11/21/2021 01:59:13 PM"
 *                 
 ********************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8899
#define BACKLOG 13

int socket_server_init(char *listen_ip,int listen_port);

int main()
{
    int listen_fd,clien_fd=-1;
    struct sockaddr_in cli_addr;
    socklen_t cliaddr_len;
    char buf[1024];
    int rv=-1;

    listen_fd=socket_server_init(NULL,PORT);/*初始化socket函数*/

    while(1)
    {
        printf("\nstart waiting and accept new client connect...\n");
        clien_fd=accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&cli_addr,&cliaddr_len);/*accept调用*/
        if(clien_fd<0)
        {
            printf("accept new client failure:%s\n",strerror(errno));
            return -1;
        }
        printf("accept new client[%s:%d] with fd [%d]\n",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr),ntohs(cli_addr.sin_port),clien_fd);

        memset(buf,0,sizeof(buf));
        rv=read(clien_fd,buf,sizeof(buf));
        if(rv<0)
        {
            printf("read data from socket[%d] failure:%s\n",clien_fd,strerror(errno));
            close(clien_fd);
            continue;
        }
        else if(0==rv)
        {
            printf("read data from socket[%d] failure:%s\n",clien_fd,strerror(errno));
            close(clien_fd);
            continue;
        }
        printf("read %d data from server client [%d] and echo it back:'%s'\n",rv,clien_fd,buf);

        if(write(clien_fd,buf,rv)<0)
        {
            printf("write %d bytes data back to client[%d] failure:%s\n",rv,clien_fd,strerror(errno));
            close(clien_fd);
        }
    }

    return 0;
}

int socket_server_init(char *listen_ip,int listen_port)
{
    int listenfd;
    struct sockaddr_in servaddr;
    

    if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)/*创建socket描述符*/
    {
        printf("socket_server to create a TCP socket fd failure:[%s]\n",strerror(errno));
        return -1;
    }
    printf("create a tcp socket fd[%d] success\n",listenfd);

    int on=1;  
    if((setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on)))<0) /*让端口号能够立即重复使用*/
    {
        printf("setsockopt failure:%s",strerror(errno));
        return -2;
    }

    memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family=AF_INET;
    servaddr.sin_port=htons(PORT);
    if(!listen_ip)/*加入传入IP地址则监听指定ip，否则监听所有ip*/
    {
        servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    }
    else
    {
        servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(listen_port);
    }

    if(bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr))<0)/*绑定端口号和ip*/
    {
        printf("socket[%d] bind on port[%d] for ip address failure:%s\n",listenfd,listen_port,strerror(errno));
        return -2;
    }
    printf("socket[%d] bind on port[%d] for ip address success\n",listenfd,listen_port);

    listen(listenfd,BACKLOG);
    return listenfd;
}

服务器端client.c程序编写

/*********************************************************************************
 *      Copyright:  (C) 2021 jiaoer237
 *                  All rights reserved.
 *
 *       Filename:  socket_client.c
 *    Description:  This file 
 *                 
 *        Version:  1.0.0(11/21/2021)
 *         Author:  yanp <2405204881@qq.com>
 *      ChangeLog:  1, Release initial version on "11/21/2021 08:49:25 PM"
 *                 
 ********************************************************************************/
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_PORT 8899
#define MSG_STR "Hello yanp, Unix Network Program World!"
#define SERVER_IP "192.168.1.120"

int main(int argc,char **argv)
{
    int conn_fd = -1;
    int rv = -1;
    char buf[1024];
    struct sockaddr_in serv_addr;

    conn_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*socket创建客户端的描述符*/
    if(conn_fd<0)
    {
        printf("create client socket failure:%s\n",strerror(errno));
        return -1;
    }

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    inet_aton(SERVER_IP,&serv_addr.sin_addr);/*将点分十进制转换成32位整型类型*/

    if(connect(conn_fd,(struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(serv_addr))<0)/*连接服务器*/
    {
        printf("client[%d] connect to server[%s:%d] failure:%s\n",conn_fd,SERVER_IP,SERVER_PORT,strerror(errno));
        return -1;
    }

    if(write(conn_fd,MSG_STR,strlen(MSG_STR))<0)
    {
        printf("write data to server[%s,%d] failure:%s\n",SERVER_IP,SERVER_PORT,strerror(errno));
        return -2;
    }
    
    memset(buf,0,sizeof(buf));
    rv=read(conn_fd,buf,sizeof(buf));
    if(rv<0)
    {
        printf("read data from server failure:%s\n",strerror(errno));
        return -3;
    }
    else if(rv==0)
    {
        printf("client connetc to server get disconnect\n");
        return -4;
    }
    printf("read %d bytes from server:'%s'\n",rv,buf);

    return 0;
}

客户端连接服务器之后进行读写操作