linux网络应用程序设计

- 日理万妓 2022-09-25 01:15 212阅读 0赞

### 一、TCP/IP ###

![这里写图片描述][20160804104000511]  
![这里写图片描述][20160804113438800]  
![这里写图片描述][20160804104027777]

数据封装  
![数据封装][20160804113250829]

以太网包  
![这里写图片描述][20160804113512177]  
**1、TCP/IP协议族**  
TCP/IP实际上是一个协同工作的通信家庭，为网络数据通信提供通路。TCP/IP协议组大体上分为三部分：

> internet协议（IP）  
> 传输控制协议（TCP）和用户数据报文协议（UDP)  
> 处于TCP和UDP之上的一组应用协议。它们包括：TELNET,文件传送协议(FTP),域名服务(DNS)和简单的邮件传送程序（SMTP)等。  
> **（1）网络层**  
> 网络层主要包括Internet协议（IP）、网际控制报文协议（ICMP）(ping命令用它）、和地址解析协议（ARP）:  
> **>** internet协议（IP）  
> 该协议被设计从互联分组交换通信网，以形成一个网际通信环境。它负责在源主机和目的地主机之间传输来自其较高层软件的称为数据报文的数据块，它在源和目的地之间提供非连接型传递服务。  
> IP协议主要有一下四个主要功能：  
> 数据传送，寻址，路由选择，数据报文的分段

IP包由IP协议头与协议数据两部分构成。IP数据部分可封装TCP和UDP

IP协议头  
![这里写图片描述][20160804113916118]  
**>**网际控制报文协议（ICMP）  
它实际上不是IP层部分，但直接同IP层一起工作，报告网络上的某些出错情况。允许网际路由器传输差错信息或测试报文。  
**>**地址解析协议（ARP）  
ARP实际上不是网络层部分，它处于IP和数据链路层之间，它是在32位IP地址和48位物理地址之间执行翻译的协议。

**（2）传输层协议**  
传输层协议包括TCP和UDP  
**>TCP:**  
该协议对建立网络上用户进程之间的对话负责，它确保进程之间的可靠通信，所提供的功能如下：  
1.监听输入对话建立请求  
2.请求另一网络站点对话  
3.可靠的发送和接收数据  
4.适度的关闭对话

TCP协议头  
![这里写图片描述][20160804114249461]  
**>UDP:**  
UDP提供不可靠的非连接型传输层服务，它允许在源和目的地之间传送数据，而不必在传送数据之前建立对话。它主要用于哪些非连接型的应用程序，如：视频点播。

UDP协议头  
![这里写图片描述][20160804114358625]  
**（3）应用协议**  
这部分主要包括Telnet,文件传送协议（FTP和TFTP）,简单文件传送协议（SMTP）和域名服务（DNS）等协议。

### 二、linux网络编程基础 ###

linux网络编程难就难在函数和结构很多，linux中的网络编程通过socket（套接字）实现，socket是一种文件描述符。  
套接字socket有三种类型：  
**>**流式套接字（SOCK\_STREAM）  
可以提供高可靠的、面向连接的通讯流。它使用了TCP协议。走的是TCP/IP协议。TCP保证了数据传输的正确性和顺序性。  
**>**数据报套接字（SOCK\_DGRAM）  
数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠，无差错，它使用UDP，走的是UDP/IP.  
**>**原始套接字  
原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议的测试等，直接基于IP协议。

**1.网络地址**

在socket程序设计中，struct sockaddr用于记录网络地址：
    struct sockaddr
    {
        u_short sa_family;
        char sa_data[14];
    }
    //sa_family:协议族，采用“AF_XXX”的形式，如：AF_INET(IP协议族）。用于指明该地址是属于哪中协议的地址。
    //sa_data:14字节的特定地址。确定了协议类型，具体的值存在该数组。
    
    在实际使用中，用struct sockaddr_in同样用于记录网络地址：
    struct sockaddr_in
    {
        short int sin_family;//协议族
        unsigned short int sin_port;//端口号
        struct in_addr sin_addr;//协议特定地址
        unsigned char sin_zero[8];//填0 
    }
    sockaddr_in相对sockaddr把地址分的更清楚，使用更加方便
    struct in_addr
    {
        unsigned long s_addr;//32位的地址
    }

**2.地址转换**  
IP地址通常由数字加点（192.168.0.1）的形式表示，而在struct in\_addr中使用的IP是由32位的整数表示的，为了转换可以使用下面两个函数：  
int inet\_aton(const char \*cp,struct in\_addr \*inp)  
char \*inet\_ntoa(struct in\_addr in)

**3.字节序转换**  
网络字节顺序同一采用big enddian排序方式。  
**>** htons//把unsigned short类型从主机序转换到网络序  
**>** htonl//把unsigned long类型从主机序转换到网络序  
**>** ntohs  
**>** ntohl

**4.函数**  
进行Socket编程的常用函数有：  
**>** socket//创建一个socket  
**>** bind//用于绑定IP地址和端口号到socket  
**>** connect//用于绑定之后的client端，与服务器建立连接。只有tcp需要，udp不要。  
**>** listen//设置能处理的最大连接要求，listen()并未开始接收连线，只是设置socket为listen模式。  
**>** accept用来连接socket连接  
**>** send发送数据  
**>** recv//接收数据

### 三、基于TCP的网络编程 ###

**1.基于TCP-服务器**  
**>**创建一个socket，用socket()  
**>**绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()  
**>**设置允许的最大连接数，用listen（）  
**>**接收客户端上来的连接，用函数accept()  
**>**收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()  
**>**关闭网络连接

#include <stdlib.h> 
    #include <stdio.h> 
    #include <errno.h> 
    #include <string.h> 
    #include <netdb.h> 
    #include <sys/types.h> 
    #include <netinet/in.h> 
    #include <sys/socket.h> 
    
    #define portnumber 3333
    
    int main(int argc, char *argv[]) 
    { 
        int sockfd,new_fd; 
        struct sockaddr_in server_addr; 
        struct sockaddr_in client_addr; 
        int sin_size; 
        int nbytes;
        char buffer[1024];
    
    
        /* 服务器端开始建立sockfd描述符 */ 
        if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:IPV4;SOCK_STREAM:TCP
        { 
            fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno)); 
            exit(1); 
        } 
    
        /* 服务器端填充 sockaddr结构 */ 
        bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
        server_addr.sin_family=AF_INET;                 // Internet
        server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);  // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据，即绑定到所有的IP
        //server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
        server_addr.sin_port=htons(portnumber);         // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
    
        /* 捆绑sockfd描述符到IP地址 */ 
        if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1) 
        { 
            fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno)); 
            exit(1); 
        } 
    
        /* 设置允许连接的最大客户端数 */ 
        if(listen(sockfd,5)==-1) 
        { 
            fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno)); 
            exit(1); 
        } 
    
        while(1) 
        { 
            /* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */ 
            sin_size=sizeof(struct sockaddr_in); 
            if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))==-1) 
            { 
                fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno)); 
                exit(1); 
            } 
            fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); // 将网络地址转换成.字符串
    
            if((nbytes=read(new_fd,buffer,1024))==-1) 
            { 
                fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno)); 
                exit(1); 
            }       
            buffer[nbytes]='\0';
            printf("Server received %s\n",buffer);
    
            /* 这个通讯已经结束 */ 
            close(new_fd); 
            /* 循环下一个 */ 
        } 
    
        /* 结束通讯 */ 
        close(sockfd); 
        exit(0); 
    }

**2.基于TCP -客户端**  
**>**创建一个socket,用socket()  
**>**设置要连接的对方的IP地址和端口等属性  
**>**连接服务器，用connect()  
**>**收发数据，用send和recv(),或者read()和write()  
**>**关闭网络连接

![这里写图片描述][20160804134727374]

### 四、基于UDP的网络编程 ###

**1.基于UDP-服务器**  
**>**创建一个socket，用函数socket()  
**>**绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()  
**>**循环接收数据，用函数recvfrom()  
**>**关闭网络连接

#include <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
    #include <errno.h>
    #include <string.h>
    #include <unistd.h>
    #include <netdb.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    #define SERVER_PORT 8888 
    #define MAX_MSG_SIZE 1024 
    
    void udps_respon(int sockfd) 
    { 
        struct sockaddr_in addr; 
        int addrlen,n; 
        char msg[MAX_MSG_SIZE]; 
    
        while(1) 
        {   /* 从网络上读,并写到网络上 */ 
            bzero(msg,sizeof(msg)); // 初始化,清零
            addrlen = sizeof(struct sockaddr); 
            n=recvfrom(sockfd,msg,MAX_MSG_SIZE,0,(struct sockaddr*)&addr,&addrlen); // 从客户端接收消息
            msg[n]=0; 
            /* 显示服务端已经收到了信息 */ 
            fprintf(stdout,"Server have received %s",msg); // 显示消息
        } 
    } 
    
    int main(void) 
    { 
        int sockfd; 
        struct sockaddr_in addr; 
    
        /* 服务器端开始建立socket描述符 */ 
        sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 
        if(sockfd<0) 
        { 
            fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno)); 
            exit(1); 
        } 
    
        /* 服务器端填充 sockaddr结构 */ 
        bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); 
        addr.sin_family=AF_INET; 
        addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); 
        addr.sin_port=htons(SERVER_PORT); 
    
        /* 捆绑sockfd描述符 */ 
        if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))<0) 
        { 
            fprintf(stderr,"Bind Error:%s\n",strerror(errno)); 
            exit(1); 
        } 
    
        udps_respon(sockfd); // 进行读写操作
        close(sockfd); 
    }

**2.基于UDP-客户端**  
**>**创建一个socket,用函数socket()  
**>**绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()  
**>**设置对方的IP地址和端口等属性  
**>**发送数据，用函数sendto()  
**>**关闭网络连接  
![这里写图片描述][20160804145138264]

#include <stdlib.h>
    #include <stdio.h>
    #include <errno.h>
    #include <string.h>
    #include <unistd.h>
    #include <netdb.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    #define SERVER_PORT 8888 
    #define MAX_BUF_SIZE 1024 
    
    void udpc_requ(int sockfd,const struct sockaddr_in *addr,int len) 
    { 
        char buffer[MAX_BUF_SIZE]; 
        int n; 
        while(1) 
        {   /* 从键盘读入,写到服务端 */ 
            printf("Please input char:\n");
            fgets(buffer,MAX_BUF_SIZE,stdin); 
            sendto(sockfd,buffer,strlen(buffer),0,addr,len); 
            bzero(buffer,MAX_BUF_SIZE); 
        } 
    } 
    
    int main(int argc,char **argv) 
    { 
        int sockfd; 
        struct sockaddr_in addr; 
    
        if(argc!=2) 
        { 
            fprintf(stderr,"Usage:%s server_ip\n",argv[0]); 
            exit(1); 
        }
    
        /* 建立 sockfd描述符 */ 
        sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); 
        if(sockfd<0) 
        { 
            fprintf(stderr,"Socket Error:%s\n",strerror(errno)); 
            exit(1); 
        } 
    
        /* 填充服务端的资料 */ 
        bzero(&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); 
        addr.sin_family=AF_INET; 
        addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
        if(inet_aton(argv[1],&addr.sin_addr)<0)  /*inet_aton函数用于把字符串型的IP地址转化成网络2进制数字*/ 
        { 
            fprintf(stderr,"Ip error:%s\n",strerror(errno)); 
            exit(1); 
        } 
    
        udpc_requ(sockfd,&addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 进行读写操作
        close(sockfd); 
    }

[20160804104000511]: /images/20220719/125a2cfcff114fb2914ad5c6cbc37903.png
[20160804113438800]: /images/20220719/036db4c8e86c4da7bb072046f223f1ef.png
[20160804104027777]: /images/20220719/f2a78eb229124b1bb0c953ae2027e53f.png
[20160804113250829]: /images/20220719/3e6bf5ed2267431ca3abaf5417787c8e.png
[20160804113512177]: /images/20220719/d1d0a8a146204decb32738807a36e345.png
[20160804113916118]: /images/20220719/036ad02959584af59e4f8a0a57902c70.png
[20160804114249461]: /images/20220719/fe0af2dd360d46ca8e7cd63327a11d7b.png
[20160804114358625]: /images/20220719/01a75d288a4f49319357d34c78f42b0f.png
[20160804134727374]: /images/20220719/1bdff4887a51423b868483942254487f.png
[20160804145138264]: /images/20220719/7cbae4e07f7e481b89d43fcb89fd202b.png