Linux网络IPC sockets
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一、主机字节序和网络字节序
字节序分为大端和小端。
- 大端字节序：正序存储，一个整数的高位(23-31bit)存储在内存的低地址处，低位字节(0-7bit)储存在高地址。网络通讯通常使用大端字节序，也称为网络字节序。
- 小端字节序：逆序存储，一个整数的高位(23-31bit)存储在内存的高地址处，低位字节(0-7bit)储存在低地址。PC大多采用小端字节序，也称为主机字节序。
判断自己的电脑是大端还是小端代码：
#include <stdio.h>
union {
short value;
char ch[2];
}test;
int main()
{
test.value = 0x0102;
if (test.ch[0] == 1 && test.ch[1] == 2)
printf("本机是大端字节序\n");
else if (test.ch[0] == 2 && test.ch[1] == 1)
printf("本机是小端字节序\n");
else
printf("本机字节序未知\n");
}
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n->网络，h->主机
Linux提供两种字节序之间的转换函数：
#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
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二、socket 地址格式
1、通用socket地址
不同格式的地址可以传递给套接字函数，被转换为通用的sockaddr地址结构。
#include <bits/socket.h>
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; /* address family */
char sa_data[14]; /* variable-length address */
};
- sa_family ：协议族（地址族）
- sa_data： 存放地址数据
sa_data只有14字节，不够用时用下面这个新的socket通用地址结构体：
#include <bits/socket.h>
struct sockaddr_storage
{
sa_family_t sa_family; /* address family */
unsigned long int __ss_align; /* Force desired alignment. */
char __ss_padding[128 - sizeof(__ss_align)];
};
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2、专用socket地址
通用地址显然不好用，端口和IP需要复杂的位操作。
Linux为各个协议族提供了专门的socket地址结构体。
2.1、UNIX本地域协议族
#include <sys/un.h>
struct sockaddr_un
{
sa_family_t sa_family; /* address family */
char sun_path[108]; /* Path name. */
};
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2.2、TCP/IP协议族IPv4
#include <netinet/in.h>
struct in_addr {
in_addr_t s_addr; /* IPv4 address, Network byte order */
};
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family */
in_port_t sin_port; /* port number */
struct in_addr sin_addr; /* IPv4 address */
};
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2.3、TCP/IP协议族IPv6
#include <netinet/in.h>
struct in6_addr {
uint8_t s6_addr[16]; /* IPv6 address, Network byte order */
};
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t sin6_family; /* address family */
in_port_t sin6_port; /* port number */
uint32_t sin6_flowinfo; /* traffic class and flow info */
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
uint32_t sin6_scope_id; /* set of interfaces for scope */
};
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3、IP地址转换
inet_addr和inet_ntoa函数，用于在二进制地址格式和点分十进制(a.b.c.d)格式的字符串之间进行转换。这些函数仅适用于IPv4地址。
#include <arpa/inet.h>
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
in_addr_t inet_addr(const char *cp); // 等效inet_aton,但要谨慎使用，-1(255.255.255.255)时无效地址有问题。
要注意的是inet_ntoa是不可重入的，因为该函数内部用的是一个静态变量来储存转化结果，重复被赋值就不生效了，演示如下。
int main()
{
struct in_addr addr1, addr2;
inet_aton("1.2.3.4", &addr1);
inet_aton("11.22.33.44", &addr2);
char *sz_addr1 = inet_ntoa(addr1);
char *sz_addr2 = inet_ntoa(addr2);
printf("sz_addr1 = %s\n", sz_addr1);
printf("sz_addr2 = %s\n", sz_addr2);
}
# 输出结果
sz_addr1 = 11.22.33.44
sz_addr2 = 11.22.33.44
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新函数inet_ntop和inet_pton支持类似的功能，并且可以同时使用IPv4和IPv6地址。
#include <arpa/inet.h>
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
size指定目标存储单元的大小，下面两个宏分别用于IPv4和IPv6。
#include <netinet/in.h>
#define INET_ADDRSTRLEN 16
#define INET6_ADDRSTRLEN 46
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三、创建socket
创建套接字，调用socket函数。
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
// Returns: file (socket) descriptor if OK, ?1 on error
- domain ：域常用参数是AF_UNIX(AF_LOCAL)、AF_INET、AF_INET6。
- type ：
SOCK_STREAM 流服务(常用于TCP)
SOCK_DGRAM 传输使用UDP协议
SOCK_RAW 数据报
内核2.6.17之后，支持与运算下面的值
SOCK_NONBLOCK 创建的sokcet为非阻塞的
SOCK_CLOEXEC 用fork创建子进程时在子进程中关闭该socket
- protocol ：在前两个参数的基础上指定一个具体的协议，通常为0。
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四、服务端绑定socket地址
服务端必须将socket绑定到一个地址上，这个步骤也称为命名socket，客户端不需要绑定。
使用bind函数将地址与socket绑定起来。
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
// Returns: 0 if OK, ?1 on error
bind将addr所指向的socket地址分配给为命名的sockfd文件描述符，addrlen参数表示该socket地址的长度。
返回值常见的errno是EACCES和EADDRINUSE。
- EACCES：被绑定的地址是受保护的地址，仅超级用户能访问，比如绑定到(0-1024)时。
- EADDRINUSE：被绑定的地址正在使用中，比如绑定到一个处于TIME_WAIT状态的socket地址时。
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五、服务端监听socket
socket绑定地址命名后，还不能接受客户端的链接，需要创建一个监听队列存放待处理的客户链接：
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
// Returns: 0 if OK, ?1 on error
backlog参数提示内核监听队列的最大长度。若监听队列的长度超过该值，服务器不再受理新客户的链接，客户端将受到ECONNREFUSED错误信息。
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六、服务端接受连接
一旦服务器调用了listen，所使用的套接字就可以接收连接请求。 我们使用accept函数来检索连接请求并将其转换为连接。
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *restrict addr, socklen_t *restrict len);
// Returns: file (socket) descriptor if OK, ?1 on error
由accept返回的文件描述符是一个连接到调用connect的客户端的套接字描述符。 这个新的套接字描述符具有与原始套接字(sockfd)相同的套接字类型和地址族。 传递给accept的原始套接字与连接不相关，但仍然可用来接收其他连接请求。
如果不需要关心客户端的标识，可以将addr和len参数设置为NULL。 否则，在调用accept之前，需要将addr参数设置为一个足够大的缓冲区来保存地址，并将len所指向的整数设置为缓冲区的大小(以字节为单位)。 在返回时，accept将在缓冲区中填写客户端的地址，并更新len所指向的整数以反映地址的大小。
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七、客户端发出连接
客户端使用connect函数来创建连接。
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);
// Returns: 0 if OK, ?1 on error