[原]Linux網路編程學習筆記

我們要討論的第一個結構類型是：struct sockaddr，該類型是用來儲存socket資訊的：

struct sockaddr {
      unsigned short sa_family; /* 地址族， AF_xxx */
        char sa_data[14]; /* 14 位元組的協議地址 */           };
sa_family一般為AF_INET；sa_data則包含該socket的IP地址和連接埠號碼。
另外還有一種結構類型：
struct sockaddr_in {
      short int sin_family; /* 地址族 */
      unsigned short int sin_port; /* 連接埠號碼 */
      struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */
      unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持與struct sockaddr同樣大小 */
      };
這個結構使用更為方便。sin_zero(它用來將sockaddr_in結構填充到與struct sockaddr同樣的長度)應該用bzero()或memset()函數將其置為零。指向sockaddr_in 的指標和指向sockaddr的指標可以相互轉換，這意味著如果一個函數所需參數類型是sockaddr時，你可以在函數調用的時候將一個指向 sockaddr_in的指標轉換為指向sockaddr的指標；或者相反。sin_family通常被賦AF_INET；sin_port和 sin_addr應該轉換成為網路位元組優先順序；而sin_addr則不需要轉換。

開啟socket 描述符、建立綁定並建立串連   1.  socket函數原型為： int socket(int domain, int type, int protocol);
domain參數指定socket的類型，一般為AF_INET，type可以是SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，分別表示TCP串連和UDP串連；protocol通常賦值"0"。Socket()調用返回一個整型socket描述符，你可 以在後面的調用使用它。
一旦通過socket調用返回一個socket描述符，你應該將該socket與你本機上的一個連接埠相關聯（往往當你在設計伺服器端程式時需要調用該函數。隨後你就可以在該連接埠監聽服務要求;而用戶端一般無須調用該函數）。

 
2.    Bind函數原型為： int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
Sockfd是一個socket描述符，my_addr是一個指向包含有本機(伺服器)IP地址及連接埠號碼等資訊的sockaddr類型的指標;addrlen常被設定為sizeof(struct sockaddr)。
最後，對於bind 函數要說明的一點是，你可以用下面的賦值實現自動獲得本機IP地址和隨機擷取一個沒有被佔用的連接埠號碼：
my_addr.sin_port = 0; /* 系統隨機播放一個未被使用的連接埠號碼 */
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本機IP地址 */
通過將my_addr.sin_port置為0，函數會自動為你選擇一個未佔用的連接埠來使用。同樣，通過將 my_addr.sin_addr.s_addr置為INADDR_ANY，系統會自動填入本機IP地址。Bind()函數在成功被調用時返回0；遇到錯 誤時返回"-1"並將errno置為相應的錯誤號碼。另外要注意的是，當調用函數時，一般不要將連接埠號碼置為小於1024的值，因為1~1024是保留連接埠號碼，你可以使用大於1024中任何一個沒有被佔用的連接埠號碼。

  3.   Connect()函數用來與遠端伺服器建立一個TCP串連，其函數原型為：
int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);
Sockfd是目的伺服器的sockt描述符；serv_addr是包含目的機IP地址和連接埠號碼的指標。遇到錯誤時返回-1，並且errno中包含相應 的錯誤碼。進行用戶端程式設計無須調用bind()，因為這種情況下只需知道目的機器的IP地址，而客戶通過哪個連接埠與伺服器建立串連並不需要關心，核心會自動選擇一個未被佔用的連接埠供用戶端來使用。

 4.Listen()——監聽是否有服務要求
在伺服器端程式中，當socket與某一連接埠捆綁以後，就需要監聽該連接埠，以便對到達的服務要求加以處理。
int listen(int sockfd， int backlog);
Sockfd是Socket系統調用返回的socket 描述符；backlog指定在請求隊列中允許的最大請求數，進入的串連請求將在隊列中等待accept()它們
Backlog對隊列中等待 服務的請求的數目進行了限制，大多數系統預設值為20。當listen遇到錯誤時返回-1，errno被置為相應的錯誤碼。

 5.accept()——串連連接埠的服務要求。
當某個用戶端試圖與伺服器監聽的連接埠串連時，該串連請求將排隊等待伺服器 accept()它。通過調用accept()函數為其建立一個串連，accept()函數將返回一個新的socket描述符，來供這個新串連來使用。而 伺服器可以繼續在以前的那個 socket上監聽，同時可以在新的socket描述符上進行資料send()（發送）和recv()（接收）操作：
int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);
sockfd是被監聽的socket描述符，addr通常是一個指向sockaddr_in變數的指標，該變數用來存放提出串連請求服務的主機的資訊 （某台主機從某個連接埠發出該請求）；addrten通常為一個指向值為sizeof(struct sockaddr_in)的整型指標變數。錯誤發生時返回一個-1並且設定相應的errno值。

6.Send()和recv()——TCP資料轉送 (也可以用read()或write()代替) 這兩個函數是用於連線導向的socket上進行資料轉送。

Send()函數原型為： int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
Sockfd是你想用來傳輸資料的socket描述符，msg是一個指向要發送資料的指標。
Len是以位元組為單位的資料的長度。flags一般情況下置為0（關於該參數的用法可參照man手冊）。
char *msg = "Beej was here!"; int len， bytes_sent; ... ...
len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0); ... ...
Send()函數返回實際上發送出的位元組數，可能會少於你希望發送的資料。所以需要對send()的傳回值進行測量。當send()傳回值與len不匹配時，應該對這種情況進行處理。 recv()函數原型為：
int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);
Sockfd是接受資料的socket描述符；buf 是存放接收資料的緩衝區；len是緩衝的長度。Flags也被置為0。Recv()返回實際上接收的位元組數，或當出現錯誤時，返回-1共置相應的errno值。

7.Sendto()和recvfrom()——利用資料報方式進行資料轉送
在不需連線的資料報socket方式下，由於本地socket並沒有與遠端機器建立串連，所以在發送資料時應指明目的地址，sendto()函數原型為：
int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);
該函數比send()函數多了兩個參數，to表示目地機的IP地址和連接埠號碼資訊，而tolen常常被賦值為sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函數也返回實際發送的資料位元組長度或在出現發送錯誤時返回-1。

Recvfrom()函數原型為：
int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen);
from是一個struct sockaddr類型的變數，該變數儲存源機的IP地址及連接埠號碼。fromlen常置為sizeof(struct sockaddr)。當recvfrom()返回時，fromlen包含實際存入from中的資料位元組數。Recvfrom()函數返回接收到的位元組數或 當出現錯誤時返回-1，共置相應的errno。
應注意的一點是，當你對於資料報socket調用了connect()函數時，你也可以利用send()和recv()進行資料轉送，但該socket仍然是資料報socket，並且利用傳輸層的UDP服務。但在發送或接收資料報時，核心會自動為之加上目地和源地址資訊。

8.Close()和shutdown()——結束資料轉送
當所有的資料操作結束以後，你可以調用close()函數來釋放該socket，從而停止在該socket上的任何資料操作：close(sockfd);
你也可以調用shutdown()函數來關閉該socket。該函數允許你只停止在某個方向上的資料轉送，而一個方向上的資料轉送繼續進行。如你可以關閉某socket的寫操作而允許繼續在該socket上接受資料，直至讀入所有資料。 int shutdown(int sockfd,int how);
Sockfd的含義是顯而易見的，而參數 how可以設為下列值：
·0-------不允許繼續接收資料
·1-------不允許繼續發送資料
·2-------不允許繼續發送和接收資料，均為允許則調用close ()
shutdown在操作成功時返回0，在出現錯誤時返回-1（共置相應errno）。

故伺服器端程式通常按下列順序進行函數調用：
socket(); bind(); listen(); /* accept() goes here */;close();

9.電腦資料存放區有兩種位元組優先順序：高位位元組優先和低位位元組優先。Internet上資料以高位位元組優先順序在網路上傳輸，所以對於在內部是以低位位元組優先方式儲存資料的機器，在Internet上傳輸資料時就需要進行轉換。
通過通訊端介面傳遞的連接埠號碼和地址都是二進位的數字。
我們下面討論幾個位元組順序轉換函式：
＃include <netinet/in.h>
htons()--"Host to Network Short" ; htonl()--"Host to Network Long"  主機位元組序-->網路位元組序
ntohs()--"Network to Host Short" ; ntohl()--"Network to Host Long"  網路位元組序-->主機位元組序
在這裡， h表示"host" ，n表示"network"，s 表示"short"，l表示 "long"。

以下三個函數實現在點分十進位數串("10.0.0.1")與32位的網路位元組序二進位間的轉換（對IPV4適用）
//const char *strpr為ASCII字串
#include <arpa/inet.h>int inet_aton(const char *strptr,struct in_addr *addrptr);  addrptr指標儲存轉換後的網路位元組序地址

in_addr_t inet_addr(const char *strpr); 成功則返回網路位元組序地址，錯誤返回errno

char * inet_ntoa(struct in_addr inaddr);  網路位元組序轉換為可列印的ASCII字串地址(點分十進位數串)
 inet_aton( );  與上面的作用相反

以下兩個函數對IPV4和IPV6都可以處理：p:ASCII運算式;n:網路位元組序
family可為：AF_INET或AF_INET6
#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int family,const char *strptr,void *addrptr);

const char * inet_ntop(int family,const void *addrptr,char *strptr,size_t len);

位元組轉換函式總結：

數值格式(網路位元組序)：                                               表達格式：(字串"10.0.0.1")
                              inet_ntop,inet_ntoa
                     ---------------------------------------->  

 in_addr{}           inet_pton, inet_aton, inet_addr              點分十進位IPV4地址
                     <-----------------------------------------                      
10.DNS——網域名稱服務 (DNS)相關函數
由於IP地址難以記憶和讀寫，所以為了讀寫記憶方便，人們常常用網域名稱來表示主機，這就需要進行網域名稱和IP地址的轉換。函數gethostbyname()就是完成這種轉換的，函數原型為：
struct hostent *gethostbyname(const char *name);
函數返回一種名為hosten的結構類型，它的定義如下：
struct hostent {
     char *h_name; /* 主機的官方網域名稱 */
     char **h_aliases; /* 一個以NULL結尾的主機別名數組 */
     int h_addrtype; /* 返回的地址類型，在Internet環境下為AF-INET */
     int h_length; /*地址的位元組長度 */
     char **h_addr_list; /* 一個以0結尾的數組，包含該主機的所有地址*/
     };
#define h_addr h_addr_list[0] /*在h-addr-list中的第一個地址*/

例子：
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.hinet_addr>
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    char *host, **names, **addrs;
    struct hostent *hostinfo;

/*  Set the host in question to the argument supplied with the getname call,
    or default to the user's machine.  */

    if(argc == 1) {
        char myname[256];
        gethostname(myname, 255);  //將當前主機的名字寫入name指向的字串中,myname為一指標
        host = myname;  //預設設定為使用者主機的主機名稱
    }
    else
        host = argv[1];

/*  Make the call to gethostbyname and report an error if no information is found.  */

    hostinfo = gethostbyname(host);   //調用gethostbyname獲得相應的主機資訊 :例如localhost或www.sina.com
    if(!hostinfo) {
        fprintf(stderr, "cannot get info for host: %s\n", host);
        exit(1);
    }

/*  Display the hostname and any aliases it may have.  */

    //顯示主機名稱和它所有的別名
    printf("results for host %s:\n", host);   
    printf("Name: %s\n", hostinfo -> h_name);
    printf("Aliases:");
    names = hostinfo -> h_aliases;
    while(*names) {
        printf(" %s", *names);
        names++;
    }
    printf("\n");

/*  Warn and exit if the host in question isn't an IP host.  */
    //若查詢的主機不是一個IP主機，就發出警告並退出

    if(hostinfo -> h_addrtype != AF_INET) {
        fprintf(stderr, "not an IP host!\n");
        exit(1);
    }

/*  Otherwise, display the IP address(es).  */

    addrs = hostinfo -> h_addr_list;
    while(*addrs) {
        //char *inet_ntoa(struct in_add in)
        printf(" %s", inet_ntoa(*(struct in_addr *)*addrs));   //inet_ntoa:網路位元組序列轉換為可列印的字串
        addrs++;
    }
    printf("\n");
    exit(0);
}