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linux socket ip层配置,Linux下Socket通信（TCP实现）

發(fā)布時(shí)間：2023/12/10 linux 35 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 linux socket ip层配置,Linux下Socket通信（TCP实现）小編覺得挺不錯(cuò)的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個(gè)參考.

近期在做的項(xiàng)目中，涉及到了進(jìn)程間數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)的原本實(shí)現(xiàn)是通過管道，但是原有的實(shí)現(xiàn)中兩個(gè)進(jìn)程是在同一臺(tái)機(jī)器，而且兩個(gè)進(jìn)程的關(guān)系為父子關(guān)系，而我們要做的是將其中一個(gè)進(jìn)程移植到服務(wù)器上，因此兩個(gè)進(jìn)程要分開，所以管道必然是不可行的方案，而對(duì)于其它的進(jìn)程通信方式，FIFO，消息隊(duì)列，信號(hào)量和共享內(nèi)存，顯然也是不可行的。因此采取了通過socket的通信方式，即網(wǎng)絡(luò)套接字，用來做數(shù)據(jù)的傳輸。接下來，將對(duì)自己對(duì)socket的學(xué)習(xí)一個(gè)整理，socket是什么？socket的創(chuàng)建，綁定，發(fā)送，接收消息過程進(jìn)行分析，同時(shí)附帶一個(gè)簡(jiǎn)單的代碼實(shí)例。

網(wǎng)絡(luò)套接字Socket

套接字是通信端點(diǎn)的抽象，其英文socket，即為插座，孔的意思。如果兩個(gè)機(jī)子要通信，中間要通過一條線，這條線的兩端要連接通信的雙方，這條線在每一臺(tái)機(jī)子上的接入點(diǎn)則為socket，即為插孔，所以在通信前，我們?cè)谕ㄐ诺膬啥吮仨氁⒑眠@個(gè)插孔，同時(shí)為了保證通信的正確，端和端之間的插孔必須要一一對(duì)應(yīng)，這樣兩端便可以正確的進(jìn)行通信了，而這個(gè)插孔對(duì)應(yīng)到我們實(shí)際的操作系統(tǒng)中，就是socket文件，我們?cè)賱?chuàng)建它之后，就會(huì)得到一個(gè)操作系統(tǒng)返回的對(duì)于該文件的描述符，然后應(yīng)用程序可以通過使用套接字描述符訪問套接字，向其寫入輸入，讀出數(shù)據(jù)。

站在更貼近系統(tǒng)的層級(jí)去看，兩個(gè)機(jī)器間的通信方式，無非是要通過運(yùn)輸層的TCP/UDP，網(wǎng)絡(luò)層IP，因此socket本質(zhì)是編程接口(API)，對(duì)TCP/UDP/IP的封裝，TCP/UDP/IP也要提供可供程序員做網(wǎng)絡(luò)開發(fā)所用的接口，這就是Socket編程接口。

Socket的創(chuàng)建

#include

int socket (int domain, int type, int protocol);

創(chuàng)建一個(gè)socket

int server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

這樣，我們便創(chuàng)建了一個(gè)socket，對(duì)于socket接收的參數(shù)都有什么意義呢？從上面，我們可以知道socket是對(duì)于底層網(wǎng)絡(luò)通信的一個(gè)封裝，而對(duì)于底層的網(wǎng)絡(luò)通信也是具備多種類型的。而這些參數(shù)則是通過組合來表示各類通信的特征，從而建立正確的套接字。

domain:通信的特性，每個(gè)域有自己的地址表示格式，AF打頭，表示地址族(Address family)

type：套接字的類型，進(jìn)一步確定通信特征。

protocol:表示為給定域和套接字類型選擇默認(rèn)協(xié)議，當(dāng)對(duì)同一域和套接字類型支持多個(gè)協(xié)議時(shí)，可以通過該字段來選擇一個(gè)特定協(xié)議，通常默認(rèn)為0.上面設(shè)置的socket類型，在執(zhí)行的時(shí)候也會(huì)有默認(rèn)的協(xié)議類型提供，比如SOCK_STREAM就TCP協(xié)議。

從上面的socket類型中，我們看到有SOCK_RAW該種類型，SOCK_RAW套接字提供一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)接口。通過這個(gè)我們可以直接訪問下面的網(wǎng)絡(luò)層，繞過TCP/UDP，因此我們可以進(jìn)行制定自己的傳輸層協(xié)議。

至此，我們的socket已經(jīng)創(chuàng)建出來了，當(dāng)我們不再使用的時(shí)候，我們可以調(diào)用close函數(shù)來將其關(guān)閉，釋放該文件描述符，這樣便可以得到重新的使用。

套接字通信是雙向的，但是，我們可以采用shutdown函數(shù)來禁止一個(gè)套接字的I/O.

#include

int shutdown(int sockfd, int how);

how可以用來指定讀端口或者是寫端口，這樣我們便可以關(guān)閉掉讀端或者寫端。

通信

我么已經(jīng)創(chuàng)建好了Socket，接下來要做的就是通過socket進(jìn)行通信了，在兩個(gè)進(jìn)程間進(jìn)行通信，首先，我們要找到這些進(jìn)程，找到進(jìn)程，也就是能夠有這些進(jìn)程的唯一標(biāo)示，有了這些標(biāo)示，我們才可以確定通信的雙方，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，對(duì)于一個(gè)通信進(jìn)程的標(biāo)示，所采取的方式是通過一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址，也就是IP地址，戰(zhàn)找到我們要通信的主機(jī)，然后通過端口號(hào)，找到相應(yīng)的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)地址+端口號(hào)唯一標(biāo)示了一個(gè)我們要通信的目標(biāo)進(jìn)程。

字節(jié)序

字節(jié)序是處理器架構(gòu)的特性，用來指示像整數(shù)這種數(shù)據(jù)類型的內(nèi)部如何排序，大端和小端，因此如果通信雙方的處理器架構(gòu)不同，則會(huì)導(dǎo)致字節(jié)序的不一致的問題出現(xiàn)。最底層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議指定了字節(jié)序，大端字節(jié)序，但是應(yīng)用程序在處理數(shù)據(jù)時(shí)，則會(huì)遇到字節(jié)序不一致的問題。對(duì)此，系統(tǒng)提供了進(jìn)行處理器字節(jié)序和網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序之間實(shí)施轉(zhuǎn)換的函數(shù)。

#include

uint32_t htonl(uint32_t hostint32)//主機(jī)字節(jié)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

uint16_t htons(uint16_t hostint16)

uint32_t ntohl(uint32_t netint32)//網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)化為主機(jī)字節(jié)序

unint16_t ntohs(uint16_t netint16)

地址格式

上面，我們已經(jīng)談到如何表示一個(gè)要通信的進(jìn)程，需要一個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址和端口，而在系統(tǒng)中如何具體的標(biāo)示這一特征呢？根據(jù)之前socket的創(chuàng)建，我們知道不同socket對(duì)應(yīng)了不同的通信特征，而對(duì)于不同的通信特征，其地址表示上也有一些差別。

這里我們只看一下IPV4因特網(wǎng)域地址的表示結(jié)構(gòu)。

struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; in_port_t sin_port; struct in_addr sin_addr;}

sin_family: 通信的的域，這里為AF_INET

sin_port:通信的端口

sin_addr:網(wǎng)絡(luò)地址

套接字和地址關(guān)聯(lián)

我們套接字已經(jīng)創(chuàng)建好了，地址結(jié)構(gòu)也已經(jīng)了解了，接下來就是要將套接字和地址進(jìn)行關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)的方法則是通過bind

函數(shù)。

#include

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);

創(chuàng)建地址

struct sockaddr_in server_sockaddr;server_sockaddr.sin_family = AF_INET;server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

socklen_t server_len = sizeof(server_sockaddr);

bind(server_sockfd, (struct sockaddr*)&server_sockaddr, server_len)

通過bind函數(shù)，我們實(shí)現(xiàn)了socket和地址的綁定。

建立連接

socket建立好了，地址也綁定好了，這個(gè)時(shí)候，我們就可以進(jìn)行連接了，要有一方進(jìn)行連接的建立，通過調(diào)用connect

函數(shù)。

#include int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);

sockfd:這個(gè)就是本地端socket描述符，如果我們沒有賦值，系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)提供一個(gè)值。只有當(dāng)服務(wù)器開啟，并正常運(yùn)行，我們的連接才能夠正常建立。

如何讓socket接收連接請(qǐng)求呢？在另一端，我們調(diào)用listen

方法來接收連接請(qǐng)求。

#include int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd:綁定了地址的socket文件描述符。

backlog:服務(wù)器負(fù)載，提示系統(tǒng)進(jìn)程所要入隊(duì)的未完成請(qǐng)求數(shù)量。

通過listen我們得到了連接請(qǐng)求，接下來，就是建立連接，通過函數(shù)accept

#include

int accept(int sockfd, struct sockaddr *restric addr, socklen_t *restrict len);

調(diào)用accept函數(shù)的返回值是套接字文件描述符，該描述符連接到調(diào)用connect的客戶端。

一旦服務(wù)器調(diào)用了listen，所用的套接字就能接收連接請(qǐng)求，使用accept函數(shù)獲得連接請(qǐng)求并建立連接。

使用accept函數(shù)獲得連接請(qǐng)求并建立連接。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *restrict addr, socklent_t *restrict len);

當(dāng)調(diào)用accept函數(shù)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的套接字，這個(gè)新的套接字和原始套接字有相同的套接類型。這個(gè)時(shí)候，我們可以傳入一個(gè)指向socket的指針和其大小，設(shè)置之后，調(diào)用了accept就會(huì)將客戶端的地址進(jìn)行緩沖。

數(shù)據(jù)傳輸

連接已經(jīng)建立好了，由于socket本身都是文件描述符，因此接下來就可以調(diào)用所read和write來通過套接字通信。

對(duì)于面向連接的數(shù)據(jù)傳輸，我們需要的兩個(gè)函數(shù)是send和recv。

#include

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flags)

sockfd:accept返回的socket文件描述符。

buf:發(fā)送數(shù)據(jù)，

bytes：發(fā)送數(shù)據(jù)大小

flags：對(duì)于傳送數(shù)據(jù)的一些配置項(xiàng)

對(duì)于不同的socket類型，系統(tǒng)提供了不同的發(fā)送方法。

#include

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes, int flags)

具體參數(shù)和send類似。

socket選項(xiàng)設(shè)置

對(duì)于Socket，系統(tǒng)提供了更具體細(xì)致化的一些配置選項(xiàng)，通過這些配置選項(xiàng)，我們可以進(jìn)行進(jìn)一步具體的配置。

#include

int setsockopt(int sockfd, int level, int option, const void *val, socklen_t len);

sockfd：我們要進(jìn)行配置的socket

level：根據(jù)我們選用的協(xié)議，配置相應(yīng)的協(xié)議編號(hào)

option：選項(xiàng)即為上表

最后參數(shù)是用來存放返回值

實(shí)現(xiàn)demo實(shí)例

server

#include

#define PORT 22468

#define KEY 123

#define SIZE 1024

int main()

{

char buf[100];

memset(buf,0,100);

int server_sockfd,client_sockfd;

socklen_t server_len,client_len;

struct sockaddr_in server_sockaddr,client_sockaddr;

/*create a socket.type is AF_INET,sock_stream*/

server_sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

server_sockaddr.sin_family = AF_INET;

server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);

server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

server_len = sizeof(server_sockaddr);

int on;

setsockopt(server_sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on));

/*bind a socket or rename a sockt*/

if(bind(server_sockfd, (struct sockaddr*)&server_sockaddr, server_len)==-1){

printf("bind error");

exit(1);

}

if(listen(server_sockfd, 5)==-1){

printf("listen error");

exit(1);

}

client_len = sizeof(client_sockaddr);

pid_t ppid,pid;

while(1) {

if((client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr*)&client_sockaddr, &client_len)) == -1){

printf("connect error");

exit(1);

} else {

printf("create connection successfully\n");

int error = send(client_sockfd, "You have conected the server", strlen("You have conected the server"), 0);

printf("%d\n", error);

}

return 0;

}

client

#include

#define SERVER_PORT 22468

#define MAXDATASIZE 100

#define SERVER_IP "Your IP"

int main() {

int sockfd, numbytes;

char buf[MAXDATASIZE];

struct sockaddr_in server_addr;

printf("\n======================client initialization======================\n");

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {

perror("socket");

exit(1);

}

server_addr.sin_family = AF_INET;

server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);

bzero(&(server_addr.sin_zero),sizeof(server_addr.sin_zero));

if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)) == -1){

perror("connect error");

exit(1);

}

while(1) {

bzero(buf,MAXDATASIZE);

printf("\nBegin receive...\n");

if ((numbytes = recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0)) == -1){

perror("recv");

exit(1);

} else if (numbytes > 0) {

int len, bytes_sent;

buf[numbytes] = '\0';

printf("Received: %s\n",buf);

printf("Send:");

char msg[100];

scanf("%s",msg);

len = strlen(msg);

//sent to the server

if(send(sockfd, msg,len,0) == -1){

perror("send error");

}

} else {

printf("soket end!\n");

break;

}

close(sockfd);

return 0;

}

總結(jié)

最近也在看的一個(gè)RPC框架，thrift，定義好我們的接口文件，然后可以幫助我們生成兩端的樁文件，而且實(shí)現(xiàn)原理上，也不過是通過底層的socket通信做了包裝，執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)用。socket通信在大三的OS課上寫過，本文主要目的記錄本次學(xué)習(xí)，對(duì)于socket知識(shí)進(jìn)行了一個(gè)回顧。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的linux socket ip层配置,Linux下Socket通信（TCP实现）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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