【探索Linux】—— 强大的命令行工具 P.26（网络编程套接字基本概念—— socket编程接口 | socket编程接口相关函数详细介绍 ）

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  • 引言
  • 一、socket 常见API表
  • 二、函数详细介绍
      • 01. socket()
      • 02. bind()
      • 03. listen()
      • 04. accept()
      • 05. connect()
      • 06. send()
      • 07. recv()
      • 08. close()
      • 09. select()
      • 10. getaddrinfo()
      • 11. sendto()
      • 12. recvfrom()
      • 13. setsockopt()
      • 14. getsockopt()
      • 15. shutdown()
      • 16. inet_pton()
      • 17. htons() / htonl() / ntohs() / ntohl()
  • 温馨提示

引言

本文将深入探讨使用套接字进行网络通信的基本步骤，包括创建套接字、绑定地址、监听连接（对于服务器端）、连接远程主机（对于客户端）、以及发送和接收数据等操作。套接字编程涉及一系列系统调用和函数，如 socket()、bind()、listen()、connect()、send()、recv() 等。开发人员可以利用这些接口实现各种网络应用。通过本文，读者将了解如何使用套接字进行网络通信，并掌握关键步骤和函数调用，为构建网络应用打下坚实基础。

一、socket 常见API表

函数描述
socket()创建一个新的套接字
bind()将套接字绑定到特定的IP地址和端口号上
listen()将套接字标记为被动套接字，用于监听连接请求
accept()接受客户端的连接请求，并返回一个新的套接字用于通信
connect()建立与服务器端的连接
send()发送数据
recv()接收数据
sendto()用于UDP协议中发送数据
recvfrom()用于UDP协议中接收数据
close()关闭套接字连接
select()多路复用，同时监视多个套接字的状态
getaddrinfo()主机名和服务名之间的转换
setsockopt()设置套接字选项
getsockopt()获取套接字选项的值
inet_pton()IP地址的转换
inet_ntop()IP地址的转换
htons()主机字节序和网络字节序之间的转换(16位整数)
ntohs()主机字节序和网络字节序之间的转换(16位整数)
htonl()主机字节序和网络字节序之间的转换(32位整数)
ntohl()主机字节序和网络字节序之间的转换(32位整数)

二、函数详细介绍

01. socket()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);

  • 参数类型：

    • domain：协议族（如AF_INET、AF_INET6等）
    • type：套接字类型（如SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM等）
    • protocol：具体使用的协议（如IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP等）

  • 应用示例：

    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

02. bind()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • addr：指向要绑定的地址结构的指针
    • addrlen：地址结构的长度

  • 应用示例：

    struct sockaddr_in server_address;
server_address.sin_family = AF_INET;
server_address.sin_port = htons(12345);
server_address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));

03. listen()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：int listen(int sockfd, int backlog);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • backlog：未完成连接队列的最大长度

  • 应用示例：

    listen(sockfd, 5);

04. accept()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • addr：指向结构体的指针，用于存储客户端地址信息
    • addrlen：地址结构的长度

  • 应用示例：

    int client_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_address, &addr_len);

05. connect()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • addr：指向要连接的目标地址结构的指针
    • addrlen：地址结构的长度

  • 应用示例：

    connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));

06. send()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • buf：指向待发送数据的指针
    • len：待发送数据的长度
    • flags：传输控制标志

  • 应用示例：

    char *message = "Hello, server!";
send(sockfd, message, strlen(message), 0);

07. recv()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • buf：指向存储接收数据的缓冲区
    • len：接收数据的最大长度
    • flags：接收操作的附加选项

  • 应用示例：

    char buffer[1024];
ssize_t bytes_received = recv(sockfd, buffer, 1024, 0);

08. close()

  • 头文件：#include <unistd.h>

  • 函数原型：int close(int sockfd);

  • 参数类型：

    • sockfd：要关闭的套接字描述符

  • 应用示例：

    close(sockfd);

09. select()

  • 头文件：#include <sys/select.h>

  • 函数原型：int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

  • 参数类型：

    • nfds：所有文件描述符的范围（最大文件描述符+1）
    • readfds：可读文件描述符集合
    • writefds：可写文件描述符集合
    • exceptfds：异常文件描述符集合
    • timeout：超时时间

  • 应用示例：

    fd_set readfds;
FD_ZERO(&readfds);
FD_SET(sockfd, &readfds);
int activity = select(sockfd + 1, &readfds, NULL, NULL, NULL);

10. getaddrinfo()

  • 头文件：#include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netdb.h>

  • 函数原型：int getaddrinfo(const char *node, const char *service, const struct addrinfo *hints, struct addrinfo **res);

  • 参数类型：

    • node：主机名或IP地址字符串
    • service：服务名或端口号字符串
    • hints：指向地址信息结构的指针，用于设置期望的返回结果
    • res：指向存储结果的链表的指针

  • 应用示例：

    struct addrinfo hints, *res;
memset(&hints, 0, sizeof(hints));
hints.ai_family = AF_UNSPEC;
hints.ai_socktype = SOCK_STREAM;
getaddrinfo("www.example.com", "http", &hints, &res);

11. sendto()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

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

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • buf：指向待发送数据的指针
    • len：待发送数据的长度
    • flags：传输控制标志
    • dest_addr：目标地址结构
    • addrlen：目标地址结构的长度

  • 应用示例：

    char *message = "Hello, server!";
sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));

12. recvfrom()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • buf：指向存储接收数据的缓冲区
    • len：接收数据的最大长度
    • flags：接收操作的附加选项
    • src_addr：发送方地址结构
    • addrlen：发送方地址结构的长度

  • 应用示例：

    char buffer[1024];
struct sockaddr_in client_address;
socklen_t addr_len = sizeof(client_address);
ssize_t bytes_received = recvfrom(sockfd, buffer, 1024, 0, (struct sockaddr *)&client_address, &addr_len);

13. setsockopt()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • level：选项所在的协议层
    • optname：选项名
    • optval：指向设置选项值的指针
    • optlen：选项值的长度

  • 应用示例：

    int reuse = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &reuse, sizeof(reuse));

14. getsockopt()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：int getsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • level：选项所在的协议层
    • optname：选项名
    • optval：指向存储选项值的缓冲区
    • optlen：输入时为缓冲区大小，输出时为实际选项值的长度

  • 应用示例：

    int buffer_size;
socklen_t optlen = sizeof(buffer_size);
getsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVBUF, &buffer_size, &optlen);

15. shutdown()

  • 头文件：#include <sys/socket.h>

  • 函数原型：int shutdown(int sockfd, int how);

  • 参数类型：

    • sockfd：套接字描述符
    • how：关闭连接的方式，常用的取值为：
      • SHUT_RD：关闭读端
      • SHUT_WR：关闭写端
      • SHUT_RDWR：同时关闭读写端

  • 应用示例：

    shutdown(sockfd, SHUT_RDWR);

16. inet_pton()

  • 头文件：#include <arpa/inet.h>

  • 函数原型：int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

  • 参数类型：

    • af：地址族，如AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）
    • src：待转换的点分十进制字符串形式的地址
    • dst：存储转换后的二进制格式地址的缓冲区

  • 应用示例：

    struct sockaddr_in server_address;
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(server_address.sin_addr));

17. htons() / htonl() / ntohs() / ntohl()

这些函数用于主机字节序和网络字节序之间的转换，分别用于16位和32位整数的主机到网络字节序以及网络到主机字节序的转换。

  • 头文件：#include <arpa/inet.h>

  • 函数原型：

    • uint16_t htons(uint16_t hostshort);
    • uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
    • uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
    • uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

这些函数在实际网络编程中经常用于端口号和IP地址等数据的转换。

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