Linux網路編程

如果你想進入Linux神奇的網路編程世界，請跟筆者來，在學習之前，筆者只需要你擁有一定的C語言編程知識，就足夠了。筆者會講述編寫網路程式需要的基本知識。　　所謂網路，在軟體人員的觀點來看，就是很多的用物理鏈路（比如，乙太網路，無線網路）連在一起的電腦，並且安裝有網路程式。就像打電話，我們需要知道對方的號碼一樣，網路程式也需要知道要和那台電腦通訊，在這裡，就是電腦的網路介面所擁有的IP地址。其實，一個完整的網路程式擁有兩個獨立的程式，他們分別運行在兩個電腦上，一個是網路通訊的伺服器端，一個是網路通訊的用戶端，就像打電話，需要一個打電話的，還要一個接電話的是一樣的，所以，我們需要編寫兩個程式，才是完整的網路通訊程式，我們熟悉的OutLook，FOXMAIL等都是網路程式中的用戶端程式，而Apache,QMail等便是伺服器端程式。只是往往，網路程式的用戶端和伺服器端之間有一定的通訊互動協議，比如SMTP,POP3,HTTP,FTP等，對於我們網路程式的編寫者來說，他們就規定了通用的互動協議，這些協議規定了用戶端，伺服器端應該完成的工作，所以，編寫好網路程式還需要理解好協議，不過，一般說來，我們用不著自己寫協議，有很多的協議，我們可以使用的,都有RFC文檔來說明了,你可以在網路上找到各種協議的RFC. 　　當然，我們現在將要開始編寫的第一個網路程式，雖然非常簡單，但是卻可以很清楚的說明大部分編寫網路程式需要的基本概念，好了先讓我們看看網路程式的TCP伺服器端的編寫步驟： 1. 首先，你需要建立一個用於通訊的套介面，一般使用socket調用來實現。這等於你有了一個用於通訊的電話：） 2. 然後，你需要給你的套介面設定連接埠，相當於，你有了電話號碼。這一步 一般通過設定網路套介面地址和調用bind函數來實現。 3. 調用listen函數使你的套介面成為一個監聽通訊端。 以上三個步驟是TCP伺服器的常用步驟。 4. 調用accept函數來啟動你的通訊端，這時你的程式就可以等待用戶端的串連了。 5. 處理用戶端的串連請求。 6. 終止串連。 　　現在讓我們來看看網路程式用戶端的編程步驟： 1. 和伺服器的步驟一樣。 2. 通過設定套介面地址結構，我們說明，用戶端要與之通訊的伺服器的IP地址和連接埠。 3. 調用connect函數來串連伺服器。 4. 發送或者接收資料，一般使用send和recv函數調用來實現。 5. 終止串連。 　　以上的步驟，是比較普遍的，我們可以從中看出，編寫網路程式是很有意思的，同時，也不是非常複雜，當然，這不包括，高難度的東西：-），下次，我會給出一個簡單的伺服器和一個客戶機程式。 今天，我給出的程式碼封裝括一個伺服器，和一個客戶機程式，但是省略了很多代碼， 比如說錯誤處理代碼，這樣做主要是為了使網路編程的主線清楚，所以，這兩個程式談不上網路安全性，和穩定性，這些是以後的話題。但是對於基本理解 網路編程已經足夠了。我會在下次給出一個完整可啟動並執行程式。下面我會詳細 解釋程式的步驟：先要包括一部分網路編程必須的頭部檔案：#include #include #include #includeint main(int argc,char *argv[]) {int listensock,connsock; /定義兩個socket通訊端，一個用於監聽，一個用於通訊 struct sockaddr_in serveraddr; /定義網路通訊端地址結構 const char buff[] = "Hello! Welcome here! "; /定義要發送的資料緩衝區； listensock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); /建立一個通訊端，用於監聽 bzero(&serveraddr,sizeof(servaddr)); /地址結構清零 serveraddr.sin_family = AF_INET; /指定使用的通訊協議族 serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /指定接受任何串連，因為伺服器不知道誰會要求串連 serveraddr.sin_port = htons(5000); /指定監聽的連接埠 bind(listensock,(sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr)); /給套介面邦定地址 listen(listensock,1024); /開始監聽connsock = accept(listensock,(sockaddr *)NULL, NULL); /建立通訊的通訊端，accept函數，等待用戶端程式使用connect函數的串連send(connsock,buff,sizeof(buff), 0); /向用戶端發送資料 close(connsock); /關閉通訊通訊端 close(listensock); /關閉監聽通訊端 }這是用戶端的程式：int main(int argc,char **argv) { 　char recvbuff[100]; /定義要接收的資料緩衝區 　int sockfd; /定義一個socket通訊端，用於通訊 　struct sockaddr_in serveraddr;/定義網路通訊端地址結構 　if(argc != 2){ 　　printf("Usage: echo ip地址"); 　exit(0); } sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); /建立一個通訊端 　bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr)); 　serveraddr.sin_family = AF_INET; /指定使用的通訊協議族 　serveraddr.sin_port = htons(5000);/指定要已連線的服務器的連接埠 　inet_pton(AF_INET, argv[1], &serveraddr.sin_addr); 　connect(sockfd,(sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr)); /串連伺服器 　recv(sockfd,recvbuff,sizeof(recvbuff),0); /接收伺服器的資料 　printf("%s ",recvbuff); /列印接收到的資料 　　close(sockfd); /關閉通訊端 }這兩個程式運行後，當用戶端串連到伺服器後，將接收到伺服器傳來的字串Hello! Welcome here!，不過，程式調試的任務還得又你自己要完成。 你想知道著名的oicq使用的是什麼技術來收發訊息的嗎？今天，我給出的兩個程式，一個伺服器 和一個用戶端程式，便能告訴你，其中的基本技術，當然，我指的不包括，它的介面是怎樣做的：）　　這兩個程式使用的是UDP通訊端編程，上一次給出的其實是使用TCP通訊端編程，你自己可以先分析 一下，他們的異同點，我會在下一次，分析這兩種編程的區別。這是發送資料的程式：/*頭部檔案包括網路需要的和基本輸入輸出需要的*/ #include #include #include #include #includeint port = 5500; void main() { 　int sockfd; 　int count = 0; 　int flag; 　char buf[80]; 　struct sockaddr_in address; 　sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //看到不同的地方了嗎？ 　memset(&address, 0, sizeof(address)); 　address.sin_family = AF_INET; 　address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); 　address.sin_port = htons(port); 　flag = 1; 　do{ 　　sprintf(buf,"Packet %d ", count); 　　if(count > 30){ 　　sprintf(buf,"over "); 　　flag = 0; 　　} 　　sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr *)&address, sizeof(address)); // 發現了嗎使用的函數不一樣,它也是發送資料 　　count++; 　}while (flag); }這是接收資料的程式：#include #include #include #include #includechar *hostname = "127.0.0.1"; //這個特殊的ip表示本的電腦void main() { 　　int sinlen; 　　int port = 8080; 　　char message[256]; 　　int sockfd; 　　struct sockaddr_in sin; 　　struct hostent *server_host_name; // hostent結構有著機器的名字等資訊 　　server_host_name = gethostbyname("127.0.0.1"); // 這個函數用來得到“127.0.0.1”的主機名稱字，也就是原生名字 　　bzero(&sin,sizeof(sin)); 　　sin.sin_family = AF_INET; 　　sin.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 　　sin.sin_port = htons(port); 　　sockfd = socket(PF_INET,SOCK_DGRAM,0); //這裡也不一樣 　　bind(sockfd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)); 　　　　while(1){ 　　　　　sinlen = sizeof(sin); 　　　　　recvfrom(sockfd,message,256,0, (struct sockaddr *)&sin,&sinlen);// 它是接受資料的函數 　　　　　printf(" Data come from server: %s ",message); 　　　　　if(strncmp(message,"over",4) ==0)break; 　　　　} 　　　　close(sockfd); }　　當你編譯調試通過了後，在一個視窗，運行接收程式，一個視窗運行發送程式，你就可以看到資料被創送了。網路程式是可以在本地機器上，使用兩個不同的視窗來運行，類比用戶端和伺服器的 今天，筆者會解釋網路編程中非常重要的兩個概念：TCP編程和UDP編程，這是真真進入網路編程的燦爛世界必須深入理解的部分。 　　首先，我們必須明白，一般作業系統包括Windows,Linux,UNIX,他們提供的供應用程式員使用的編程介面，一般的函數名字都差不多。不同的是，他們的作業系統對這些函數（也可以說是系統調用）的實現細節不盡相同，因此各種作業系統，在提供網路服務的時候，就存在著諸如速度、效率及穩定性的差別。 　　那麼，就網路編程的套介面字的選則來看，一樣存在著以上的差別。也就是說，你選擇TCP通訊端和選擇UDP編程，在傳輸資料時，一樣有著速度、效率及穩定性的差別。首先，明白這一點，對於開始網路編程是非常重要的。 　　TCP通訊端，作業系統向你提供的是一個穩定的資料通路，從程式員的角度來看，你只需要明白，當你使用TCP編程時，如果你調用 的發送資料函數，比如send(）函數，它的返回成功，那麼表示，系統發送出的資料肯定被通訊的對方準確接收到了。而UDP通訊端，作業系統給你提供的是一個不穩定的，不需連線的資料通路，所以當你使用UDP編程時，如果你調用的發送資料的函數，如sendto() 函數，它的返回成功，那麼表示，你要發送的資料已經發送到了網上，而這些資料是否到達了你要發送資料的對方，那時不一定的。所以對於UDP編程，我們如果要保證資料的發送的準確、及時，我們需要自己建立起，一些資料傳送的控制機制，來確保我們的資料成功發送到對方，而不僅僅是把資料發送到了網路上，我們就不過問了。當然對於TCP編程，作業系統已經幫我們做了一系列控制功能，所以我們不需要考慮太多的東西；-） 　　從以上的分析，你應該可以看出，對於初學者或者說，TCP編程是非常好的入門點，也是很容易的。當然，UDP有它自己的好處，不過它雖然不能保證你調用一次發送函數就把資料發送到對方那裡，但是只要你進行適當的處理，你會發現，UDP發送資料的速度，比TCP編程要快！天下沒有十全十美的！ 　　TCP編程擁有了可靠的資料連線，UDP不具有，但是在速度方面，UDP編程缺優於TCP編程，特別是對於傳輸短訊息，所以我認為OICQ所以選擇UDP編程，這個原因是其中很重要的一個^-^。 　　現在我已經說明了TCP和UDP編程的重要差別，雖然這些差別是由協議本身引入的，但是對於編程來說，理解了是很有好處的。 　　當然，那對於一個程式員來說還的明白，選擇TCP編程，和UDP編程到底是怎樣體現在代碼上的，其實如果你仔細分析過我前面給出的兩個程式，你也許已經明白，除了他們使用的發送資料和接收資料的函數不怎樣一樣之外，最重要的差別在於當你使用socket()函數 建立通訊端的時候，你需要的指定的三個參數中，中間的那個參數。如果你要使用TCP編程，你要使用SOCK_STREAM,而如果你要使用UDP編程，使用SOCK_DGRAM，關於TCP和UDP的更加深入的區別和介紹，我會在以後講述。 　　下次，我會給大家講述一下，伺服器和客戶機的概念和區別：） 伺服器/客戶機模式是網路通訊互動的最常用模式，我們必須要深刻的理解這種互動模式。 　　其實，網路軟體在很大程度上是對各種網路通訊協定的實現，不管這種協議是官方的，還是你自己定義的。所以，網路軟體的好壞也和協議的好壞有著直接的關係。當然，伺服器/客戶機模式在某種程度上就規定了這樣一種機制： 1. 伺服器方的程式首先啟動，開始等待。 2. 客戶機的程式啟動，向伺服器提出通訊串連的請求。 3. 伺服器決定是否接受客戶機的串連請求。並且，給客戶機一個回答。 4. 如果，伺服器和客戶機建立了串連，通常的協議，會給出那一方應該在這個時候首先發送資料，還有發送資料的內容，格式等等。 5. 這樣，一方發送，另一方接受，然後回答。 　　伺服器和客戶機就是在這樣的一來一往的情況下，進行通訊的，但是為什麼要選擇這種依次發送的順序了，這些都是因為要解決，在網路上傳輸資料時，可能出現的死結和餓死等現象。 對於這兩種現象，我們可以這樣理解，比如，我向你發了訊息，等你的回答，然後才進行下一步，可是這時候，你可能也在等待我的資料到來，然後發回答給我，可是問題出現了，如果你沒有得到我的訊息（掉了包），那麼我和你可能一直等待下去。當然，常用的各種協議， 比如SMTP,POP3,FTP,WWW都很好的定義了發送和接收資料的順序問題。這也是我們要很好理解的。剛才我說的那個例子，其實就是一種死結，兩方都不能繼續通訊了。至於餓死現象，我們可以這樣想，一個伺服器每次只能處理一個使用者的通訊請求，那麼當他和一個客戶機通訊時，他接收了客戶機的串連請求後，等待客戶機的資料發送過來，可客戶機的資料遲遲不到（可能失掉了，可能客戶機更本沒發送資料），這種情況下，伺服器將不能和別的客戶機通訊，資源都被這個客戶機用了，那麼對於其他的客戶機使用者，就處於一種餓死狀態。 　　我們當然可以通過，規定很多的東西來保證我們通訊的順利進行。比如一方發送，一方等待。 發送方在沒有得到回答前重複多次發送資料。發送方還可以使用定時器等方法，來保證不出現餓死和死結現象。如果你想學習更多的方法和思想，你可以學學TCP/IP協議和各種應用協議，他們在不同的層次上解決了各種可能遇到的問題。 　　當然，在網路上會出現的障礙是多種多樣的，你所用的協議及你所寫的代碼，一起決定了你的網路程式的效能和安全。所以，現實生活中的網路程式往往是很複雜的.