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网络编程笔记（C语言）

发表于 更新于 分类于 ， Valine：
本文字数： 3.4k 阅读时长 ≈ 3 分钟

环境

  • 操作系统: Linux
  • 编译器: make

一、套接字

  • TCP用主机的IP地址加上主机上的端口号作为TCP连接的端点，这种端点就叫做套接字（socket）或插口。
  • 套接字用（IP地址：端口号）表示。
  • 它是网络通信过程中端点的抽象表示，包含进行网络通信必需的五种信息：
    • 连接使用的协议
    • 本地主机的IP地址
    • 本地进程的协议端口
    • 远地主机的IP地址
    • 远地进程的协议端口。

1. 创建一个套接字

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#include <sys/socket.h>

/*
    * @description 创建一个套接字
    * @param __domain 指明使用的协议族
    * @param __type 指明socket类型
    * @param __protocol 协议类型
    * @return -1，出错；其他，描述符
    */
int socket (int __domain, int __type, int __protocol);

1.1. 参数取值

__domain 指明使用的协议族

  • AF_INET: Address Family，指定TCP/IP协议家族
  • PF_INET: Protocol Family
    • 在windows中 AF_INET和PF_INET完全一样
    • 在某些Linux中两者会有差距（但一般也相同），理论上建立socket时是指定协议，应该用PF_XXX,设置地址时用AF_XXX，不过在两者相等的情况下混用也没啥。
  • AF_UNIX：用于同一台计算机的进程间通信
  • AF_INET6:ipv6网络协议

__type 指明socket类型

  • SOCK_STREAM: 流套接字，对应TCP协议
  • SOCK_DGRAM: 数据报套接字，对应UDP协议
  • SOCK_RAW: 原始套接字，提供原始网络协议存取
  • SOCK_PACKET: 直接从网络驱动获取数据，即从数据链路层开始处理（过时了）
    • 如果想获取数据链路层，可用socket(PF_PACKET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP|ETH_P_ARP|ETH_P_ALL))

__protocol 协议类型

  • 传输层：IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_ICMP
  • 网络层：htons(ETH_P_IP|ETH_P_ARP|ETH_P_ALL)

三者参数并不完全独立，比如type选用sock_stream，protocol就得是IPPRPTP_TCP

2. 绑定协议地址

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#include <sys/socket.h>

/*
    * @description 将套接字绑定本地端口
    * @param __fd 套接字描述符
    * @param __addr 指向要绑定给sockfd的协议地址
    * @param __len 地址的长度
    * @return 0，成功；-1，错误，原因存于errno
    */
int bind (int __fd, __CONST_SOCKADDR_ARG __addr, socklen_t __len)

2.1. 参数取值

__addr 指向要绑定给sockfd的协议地址

赋值时需要转换为网络字节序
网络地址的转换可以使用工具函数

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#include <netinet/in.h>

# define __CONST_SOCKADDR_ARG	const struct sockaddr *

//ipv4取值
struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
    struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
};

/* Internet address. */
struct in_addr {
    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
};

//ipv6取值
struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */
    in_port_t       sin6_port;     /* port number */
    uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
    struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */
    uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};

struct in6_addr {
    unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */
};

//Unix取值
#define UNIX_PATH_MAX    108

struct sockaddr_un {
    sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */
    char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */
};

二、连接

1. TCP连接

1.1. TCP服务器

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#include <sys/socket.h>

/*
    * @description 开始监听
    * @param __fd 套接字描述符
    * @param __n 等待连接的队列长度
    * @return 0，成功；-1，错误，原因存于errno
    */
int listen (int __fd, int __n);

/*
    * @description 阻塞式接受第一个连接
    * @param __fd 套接字描述符
    * @param __addr 连接地址指针
    * @param __addr_len 地址长度指针
    * @return 连接套接字描述符
    */
int accept (int __fd, __SOCKADDR_ARG __addr, socklen_t *__restrict __addr_len);

1.2. TCP客户端

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#include <sys/socket.h>

/*
    * @description 开始监听
    * @param __fd 套接字描述符
    * @param __n 等待连接的队列长度
    * @return 0，成功；-1，错误，原因存于errno
    */

2. UDP连接

三、select

四、epoll

  • epoll是高级一点的select，本质上是select和内核结合

1. epoll下socket是否要设置为非阻塞

使用epoll时需要将socket设为非阻塞吗？

五、网络编程工具函数

1. 网络字节序转换

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#include <netinet/in.h>

uint32_t ntohl (uint32_t __netlong);
uint16_t ntohs (uint16_t __netshort);
uint32_t htonl (uint32_t __hostlong);
uint16_t htons (uint16_t __hostshort);

2. 网络地址转换 in_addr_t和char *

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#include <arpa/inet.h>

/*
    * @description 将数字-点方式(192.168.1.1)的ip字符串转成in_addr_t格式
    * @param __cp 字符串
    * @return in_addr_t类型地址
    */
in_addr_t inet_addr (const char *__cp);

/*
    * @description 将struct in_addr格式的ip地址转成数字-点方式(192.168.1.1)
    * @param __in ip结构体
    * @return 数字-点方式ip字符串
    */
char *inet_ntoa (struct in_addr __in);

踩坑记

1. TCP连接后，一方断电，另一方是无法检测到对方断电的

  • TCP连接并没有检测机制，所以一方断电，另一方无法检测到。
  • 强行退出程序，操作系统会回收资源，内部执行关闭套接字，所以客户端可以检测到断开连接。

2. SO_KEEPALIVE 保活

TCP连接选项中有一项是心跳保活机制，但并不是规范的一部分，官方RFC罗列不适用的三个理由:

  1. 在短暂的故障期间，可能使一个良好的连接被释放
  2. 占用了不必要的贷款
  3. 在以数据包计费的网络上花费额外的金钱