Linux網路編程基礎之一－－TCP

Linux網路編程基礎之一－－TCP

    流socket和資料報socket

    流socket傳送資料就跟電話網中傳送聲音一樣，客戶先建立串連，然後使用該串連進行單向、雙向或類似管道的位元組流傳送。
    資料報通訊則與從一個郵箱到另一個郵箱發送包裹類似。客戶不必建立串連，只要向特定的地址發送訊息，而伺服器處理序在該地址接收資訊。
    流socket使用TCP，資料報socket使用UDP。
    資料報與郵件網路系統類別似，包括3個主要部分：目的地址、返回地址和訊息。
    資料報socket可以被理解成一個內部有資料的盒子，寄件者給出目的socket地址。網路將資料從寄件者發送到目的socket。接收進程從該socket中讀取資料。程式使用sendto函數發送資料和recvfrom函數來讀取資料。

   下面介紹幾個Linux網路編程的初等網路函數（TCP）－－ 流socket

   Linux系統是通過提供通訊端(socket)來進行網路編程的.網路程式通過socket和其它幾個函數的調用,會返回一個 通訊的檔案描述符,我們可以將這個描述符看成普通的檔案的描述符來操作,這就是linux的裝置無關性的好處.
   我們可以通過向描述符讀寫操作實現網路之間的資料交流.
(一)socket
 
  int socket(int domain, int type,int protocol)

  domain:說明我們網路程式所在的主機採用的通訊協族(AF_UNIX和AF_INET等).
        AF_UNIX只能夠用於單一的Unix 系統處理序間通訊,
        而AF_INET是針對Internet的,因而可以允許在遠程
        主機之間通訊(當我們 man socket時發現 domain可選項是 PF_*而不是AF_*,因為glibc是posix的實現所以用PF代替了AF,
        不過我們都可以使用的).

  type:我們網路程式所採用的通訊協議(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等)
        SOCK_STREAM表明我們用的是TCP 協議,這樣會提供按順序的,可靠,雙向,連線導向的位元流.
        SOCK_DGRAM 表明我們用的是UDP協議,這樣只會提供定長的,不可靠,不需連線的通訊.

  protocol:由於我們指定了type,所以這個地方我們一般只要用0來代替就可以了。 socket為網路通訊做基本的準備.
  成功時返迴文件描述符,失敗時返回-1,看errno可知道出錯的詳細情況.

(二)bind
  int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)

  sockfd:是由socket調用返回的檔案描述符.

  addrlen:是sockaddr結構的長度.

  my_addr:是一個指向sockaddr的指標. 在中有 sockaddr的定義

        struct sockaddr{
                unisgned short  as_family;
                char            sa_data[14];
        };

  不過由於系統的相容性,我們一般不用這個標頭檔,而使用另外一個結構(struct sockaddr_in) 來代替.在中有sockaddr_in的定義
        struct sockaddr_in{
                unsigned short          sin_family;    
                unsigned short int      sin_port;
                struct in_addr          sin_addr;
                unsigned char           sin_zero[8];
        }
  我們主要使用Internet所以
        sin_family一般為AF_INET,
        sin_addr設定為INADDR_ANY表示可以和任何的主機通訊,
        sin_port是我們要監聽的連接埠號碼.sin_zero[8]是用來填充的.
  bind將本地的連接埠同socket返回的檔案描述符捆綁在一起.成功是返回0,失敗的情況和socket一樣

(三)listen
  int listen(int sockfd,int backlog)

  sockfd:是bind後的檔案描述符.

  backlog:佈建要求排隊的最大長度.當有多個用戶端程式和服務端相連時, 使用這個表示可以介紹的排隊長度.
  listen函數將bind的檔案描述符變為監聽通訊端.返回的情況和bind一樣.

(四)accept
  int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)

  sockfd:是listen後的檔案描述符.

  addr,addrlen是用來給用戶端的程式填寫的,伺服器端只要傳遞指標就可以了. bind,listen和accept是伺服器端用的函數,
  accept調用時,伺服器端的程式會一直阻塞到有一個 客戶程式發出了串連. accept成功時返回最後的伺服器端的檔案描述符,
  這個時候伺服器端可以向該描述符寫資訊了. 失敗時返回-1

(五)connect
   int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)

   sockfd:socket返回的檔案描述符.

   serv_addr:儲存了伺服器端的串連資訊.其中sin_add是服務端的地址

   addrlen:serv_addr的長度

   connect函數是用戶端用來同服務端串連的.成功時返回0,sockfd是同服務端通訊的檔案描述符 失敗時返回-1.

下面是一個簡單的客戶機和伺服器的時間伺服器例子（選自Understanding Unix/Linux Programming）：

伺服器：
/*
timeserv.c -- a socket-based time of day server
*/
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<netdb.h>
#include<time.h>
#include<strings.h>

#define PORTNUM 13000
#define HOSTLEN 256
#define oops(msg) {perror(msg);exit(1);}

int main()
{
 struct sockaddr_in saddr;
 struct hostent *hp;
 char hostname[HOSTLEN];
 int sock_id,sock_fd;
 FILE *sock_fp;
 char *ctime();
 time_t thetime;

 /*step1 : ask kernel for a socket*/
 sock_id=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
 if(sock_id==-1)
  oops("socket");
 /*step2 : bind address to socket.Address is host,port*/
 bzero((void*)&saddr,sizeof(saddr));
 gethostname(hostname,HOSTLEN);
 hp=gethostbyname(hostname);

 bcopy((void*)hp->h_addr,(void*)&saddr.sin_addr,hp->h_length);
 saddr.sin_port=htons(PORTNUM);
 saddr.sin_family=AF_INET;
 if(bind(sock_id,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr))!=0)
  oops("bind");

 /*step3 : allow incoming calls with Qsize=1 on socket*/
 if(listen(sock_id,1)!=0)
  oops("listen");

 /*main loop : accept(),write(),close()*/

 while(1)
 {
  sock_fd=accept(sock_id,NULL,NULL);
  printf("wow ! got a call !\n");
  if(sock_fd==-1)
   oops("accept");
  sock_fp=fdopen(sock_fd,"w");
  if(sock_fp==NULL)
   oops("fdopen");
  thetime=time(NULL);
  fprintf(sock_fp,"The time here is ..");
  fprintf(sock_fp,"%s",ctime(&thetime));
  fclose(sock_fp);
 }
}
用戶端：
/*  05.12.31
 *  timeclnt.c -- a client for timeserv.c
 *                usage : timeclnt hostname protnumber
 */
 
 #include<stdio.h>
 #include<sys/types.h>
 #include<sys/socket.h>
 #include<netinet/in.h>
 #include<netdb.h>
 
// #define BUFSIZ 256  //Alreday define in head file
 #define oops(msg) {perror(msg);exit(1);}
 
 main(int ac,char *av[])
 {
    struct sockaddr_in servadd;
    struct hostent *hp;
    int sock_id,sock_fd;
    char message[BUFSIZ];
    int messlen;
   
    /*
     * Step 1: Get a socket
     */
     sock_id=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
     if(sock_id==-1)
        oops("socket");
     /*
      * Step 2: Connect to server
      *         need to build address(host,port) of server first
      */
      bzero(&servadd,sizeof(servadd));
      hp=gethostbyname(av[1]);
      if(hp==NULL)
        oops(av[1]);
      bcopy(hp->h_addr,(struct sockaddr*)&servadd.sin_addr,hp->h_length);
      servadd.sin_port=htons(atoi(av[2]));
      servadd.sin_family=AF_INET;
      if(connect(sock_id,(struct sockaddr *)&servadd,sizeof(servadd))!=0)
        oops("Connect !");
      /*
       * Step 3: Transfer data from server,then hangup
       */
       messlen=read(sock_id,message,BUFSIZ);
       if(messlen==-1)
        oops("read");
       if(write(1,message,messlen)!=messlen)
        oops("write");
       close(sock_id);
}
 
Makefile如下：
all:timeserv.exe timeclnt.exe
timeserv.exe:
 gcc timeserv.c -o timeserv.exe
timeclnt.exe:
 gcc timeclnt.c -o timeclnt.exe
運行結果：
$./timeserv&
$./timeclnt ComputerName 13000
wow ! got a call !
The time here is ..Tue Apr  4 16:38:50 2006
總的來說網路程式是由兩個部分組成的--用戶端和伺服器端.它們的建立步驟一般是:

伺服器端
socket-->bind-->listen-->accept

用戶端
socket-->connect