【Linux Network】网络编程套接字

4. TCP协议和UDP协议

• 发送主机通常将发送缓冲区中的数据按内存地址从低到高的顺序发出;
• 接收主机把从网络上接到的字节依次保存在接收缓冲区中,也是按内存地址从低到高的顺序保存;
• 因此,网络数据流的地址应这样规定:先发出的数据是低地址,后发出的数据是高地址.
• TCP/IP协议规定,网络数据流应采用大端字节序,即低地址高字节.
• 不管这台主机是大端机还是小端机, 都会按照这个TCP/IP规定的网络字节序来发送/接收数据;
• 如果当前发送主机是小端, 就需要先将数据转成大端; 否则就忽略, 直接发送即可;

6. socket编程

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
int socket(int domain, int type, int protocol);

返回值：

• 套接字创建成功返回一个文件描述符 = ，创建失败返回-1，同时错误码会被设置。

参数：

• domain：创建套接字的域或者叫做协议家族，也就是创建套接字的类型。该参数就相当于struct sockaddr结构的前16个位。如果是本地通信就设置为AF_UNIX，如果是网络通信就设置为AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）。
• type：创建套接字时所需的服务类型。其中最常见的服务类型是SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM，如果是基于UDP的网络通信，我们采用的就是SOCK_DGRAM，叫做用户数据报服务，如果是基于TCP的网络通信，我们采用的就是SOCK_STREAM，叫做流式套接字，提供的是流式服务。
• protocol：创建套接字的协议类别。你可以指明为TCP或UDP，但该字段一般直接设置为0就可以了，设置为0表示的就是默认，此时会根据传入的前两个参数自动推导出你最终需要使用的是哪种协议。
   

struct sockaddr_in结构体

bind：绑定端口号：

// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器) 
int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);

返回值：

• 绑定成功返回0，绑定失败返回-1，同时错误码会被设置。

参数：

• socket：绑定的文件的文件描述符。也就是我们创建套接字时获取到的文件描述符。
• addr：网络相关的属性信息，包括协议家族、IP地址、端口号等。
• addrlen：传入的addr结构体的长度。

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

返回值：

• 读取成功返回实际读取到的字节数，读取失败返回-1，同时错误码会被设置。

参数：

• sockfd：对应操作的文件描述符。表示从该文件描述符索引的文件当中读取数据。
• buf：读取数据的存放位置。
• len：期望读取数据的字节数。
• flags：读取的方式。一般设置为0，表示阻塞读取。
• src_addr：对端网络相关的属性信息，包括协议家族、IP地址、端口号等。
• addrlen：调用时传入期望读取的src_addr结构体的长度，返回时代表实际读取到的src_addr结构体的长度，这是一个输入输出型参数。

注意：

• 由于recvfrom函数提供的参数也是struct sockaddr类型的，因此我们在传入结构体地址时需要将struct sockaddr_in类型进行强转。
   

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

返回值：

• 写入成功返回实际写入的字节数，写入失败返回-1，同时错误码会被设置。

参数：

• sockfd：对应操作的文件描述符。表示将数据写入该文件描述符索引的文件当中。
• buf：待写入数据的存放位置。
• len：期望写入数据的字节数。
• flags：写入的方式。一般设置为0，表示阻塞写入。
• dest_addr：对端网络相关的属性信息，包括协议家族、IP地址、端口号等。 addrlen：传入dest_addr结构体的长度。

• 1. 创建套接字；
• 2. 定义结构体；
• 3. 通信； 

.PHONY:all
all:udp_server udp_client

udp_server:udp_server.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11

udp_client:udp_client.cc
	g++ -o $@ $^ -std=c++11

.PHONY:clean
clean:
	rm -f udp_client udp_server

#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

const uint16_t port = 8080;

// udp_server,细节最后在慢慢完善

int main()
{
    //1. 创建套接字，打开网络文件
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sock < 0){
        std::cerr << "socket create error: " << errno << std::endl;
        return 1;
    }

    //2. 给该服务器绑定端口和ip(特殊处理)
    struct sockaddr_in local;
    local.sin_family = AF_INET;
    local.sin_port = htons(port); //此处的端口号，是我们计算机上的变量，是主机序列
    // a. 需要将人识别的点分十进制，字符串风格IP地址，转化成为4字节整数IP
    // b. 也要考虑大小端
    // in_addr_t inet_addr(const char *cp); 能完成上面ab两个工作.
    // 坑: 
    // 云服务器，不允许用户直接bind公网IP，另外, 实际正常编写的时候，我们也不会指明IP
    // local.sin_addr.s_addr = inet_addr("42.192.83.143"); //点分十进制，字符串风格[0-255].[0-255].[0-255].[0-255]
    // INADDR_ANY: 如果你bind的是确定的IP(主机)， 意味着只有发到该IP主机上面的数据
    // 才会交给你的网络进程, 但是，一般服务器可能有多张网卡，配置多个IP，我们需要的不是
    // 某个IP上面的数据，我们需要的是，所有发送到该主机，发送到该端口的数据！
    local.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if(bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0){
        std::cerr << "bind error : " << errno << std::endl;
        return 2;
    }

    //3. 提供服务
    bool quit = false;
    #define NUM 1024
    char buffer[NUM];
    while(!quit)
    {
        struct sockaddr_in peer;
        socklen_t len = sizeof(peer);

        recvfrom(sock, buffer, sizeof(buffer)-1, 0, (struct sockaddr*)&peer, &len);

        std::cout << "client# " << buffer << std::endl;

        std::string echo_hello = "hello";
        sendto(sock, echo_hello.c_str(), echo_hello.size(), 0, (struct sockaddr*)&peer, len);
    }

    return 0;
}

#include <iostream>
#include <string>
#include <cerrno>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

void Usage(std::string proc)
{
    std::cout << "Usage: \n\t" << proc << " server_ip server_port" << std::endl;
}

// ./udp_client server_ip server_port

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 3)
    {
        Usage(argv[0]);
        return 0;
    }

    // 1. 创建套接字，打开网络文件
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (sock < 0)
    {
        std::cerr << "socket error : " << errno << std::endl;
        return 1;
    }

    //客户端需要显示的bind的吗？？
    // a. 首先，客户端必须也要有ip和port
    // b. 但是，客户端不需要显示的bind！一旦显示bind，就必须明确，client要和哪一个port关联
    // client指明的端口号，在client端一定会有吗？？有可能被占用，被占用导致client无法使用
    // server要的是port必须明确，而且不变，但client只要有就行！一般是由OS自动给你bind()
    // 就是client正常发送数据的时候，OS会自动给你bind，采用的是随机端口的方式！

    // b. 你要给谁发？？
    struct sockaddr_in server;
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    server.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    socklen_t len = sizeof(server);
    // 2.使用服务
    while (1)
    {
        
        // a. 你的数据从哪里来？？
        std::string message;
        std::cout << "输入# ";
        std::cin >> message;

        sendto(sock, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));

        //此处tmp就是一个”占位符“
        // struct sockaddr_in tmp;
        // socklen_t len = sizeof(tmp);
        char buffer[1024];
        socklen_t len = sizeof(server); 
        recvfrom(sock, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&server, &len);

        std::cout << "server echo# " << buffer << std::endl;
    }

    return 0;
}