0x11-套接字编程-1

套接字编程

  • 两种协议 TCPUDP
    • 前者可以理解为有保证的连接,后者是追求快速的连接
    • 当然最后一点有些 太过绝对 ,但是现在不需熬考虑太多,因为初入套接字编程,一切从简
    • 稍微试想便能够大致理解, TCP 追求的是可靠的传输数据, UDP 追求的则是快速的传输数据
    • 前者有繁琐的连接过程,后者则是根本不建立可靠连接(不是绝对),只是将数据发送而不考虑是否到达。

以下例子以 *nix 平台的便准为例,因为 Windows平台需要考虑额外的加载问题,稍作添加就能在 Windows 平台上运行

UDP

  • UDP
    • 这是一个十分简洁的连接方式,假设有两台主机进行通信,一台只发送,一台只接收。

    • 接收端:

          int sock; /* 套接字 */
          socklen_t addr_len; /* 发送端的地址长度,用于 recvfrom */
          char mess[15];
          char get_mess[GET_MAX]; /* 后续版本使用 */
          struct sockaddr_in recv_host, send_host;
      
          /* 创建套接字 */
          sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
      
          /* 把IP 和 端口号信息绑定在套接字上 */
          memset(&recv_host, 0, sizeof(recv_host));
          recv_host.sin_family = AF_INET;
          recv_host.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);/* 接收任意的IP */
          recv_host.sin_port = htons(6000); /* 使用6000 端口号 */
          bind(sock, (struct sockaddr *)&recv_host, sizeof(recv_host));
      
          /* 进入接收信息的状态 */
          recvfrom(sock, mess, 15, 0, (struct sockaddr *)&send_host, &addr_len);
      
          /* 接收完成,关闭套接字 */
          close(sock);
      

      上述代码省略了许多必要的 错误检查 ,在实际编写时要添加

    • 代码解释:

      1. PF_INET 代表协议的类型,此处代表 IPv4 网络协议族, 同样 PF_INET6 代表 IPv6 网络协议族,这个范围在后方单独记录,不与IPv4混在一起(并不意味着更复杂,实际上更简便)。
      2. AF_INET 代表地址的类型,此处代表 IPv4 网络协议使用的地址族, 同样有 AF_INET6 (在操作系统实现中 PF_INET 和 AF_INET 的值一样,但是还是要写宏更好,而不应该直接用数字或者,混淆使用)
      3. htonlhtons 两个函数的使用涉及到 大端小端问题, 这里不叙述,需要记住的是在网络编程时一定要使用这种函数将必要信息转为 大端表示法
      4. (struct sockaddr *) 这个强制转换是为了参数的必须,但不会出错,因为 sizeof(struct sockaddr_in) == sizeof(struct sockaddr) 具体可以查询相关信息,之所以这么做是为了方便编写套接字程序的程序员。
    • 发送端:

          int sock;
          const char* mess = "Hello Server!";
          char get_mess[GET_MAX]; /* 后续版本使用 */
          struct sockaddr_in recv_host;
          socklen_t addr_len;
          /* 创建套接字 */
          sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
          /* 绑定 */
          memset(&recv_host, 0, sizeof(recv_host));
          recv_host.sin_family = AF_INET;
          recv_host.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
          recv_host.sin_port = htons(6000);
          /* 发送信息 */
          /* 在此处,发送端的IP地址和端口号等各类信息,随着这个函数的调用,自动绑定在了套接字上 */
          sendto(sock, mess, strlen(mess), 0, (struct sockaddr *)&recv_host, sizeof(recv_host));
          /* 完成,关闭 */
          close(sock);
      

      上述代码是发送端。

    • 代码解释:

      1. inet_addr 函数是用于将字符串格式的 IP地址 转换为 大端表示法的 地址类型,即 s_addr 的类型 in_addr_t
      2. 与之相反,同样也有功能相反的函数 inet_ntoa 用于将 in_addr_t 类型转为字符串,但是使用时一定要记住及时拷贝返回值 char addr[16]; recv_host.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); strcpy(addr, inet_ntoa(recv_host.sin_addr.s_addr));
    • 从上述代码看出, UDP 协议的使用十分简洁,几乎就是 创建套接字->准备数据->装备套接字->发送/接收->结束

    • 其中,都没有连接的操作,但是实际上这是为了方便 UDP 随时和 不同的主机 进行通信所默认的设置,如果需要和相同主机一直通信呢?

    • 此中的原由暂时不需要知道,记录方法,即长时间使用 UDP 和同一主机通信时,可以使用 connect 函数来进行优化自身。此时 假设两台主机的实际功能一致,既接收也发送

    • 发送端:

          /* 前方高度一致,将 bind函数替换为 */
          connect(sock, (struct sockaddr *)&recv_host, sizeof(recv_host); // 将对方的 IP地址和 端口号信息 注册进UDP的套接字中)
          while(1) /* 循环的发送和接收信息 */
          {
            size_t read_len = 0;
            /* 原先使用的 sendto 函数,先择改为使用 write 函数, Windows平台为 send 函数 */
            write(sock, mess, strlen(mess));            /* send(sock, mess, strlen(mess), 0) FOR Windows Platform */
            read_len = read(sock, get_mess, GET_MAX-1); /* recv(sock, mess, strlen(mess)-1, 0) FOR Windows Platform */
            get_mess[read_len-1] = '\0';
            printf("In Client like Host Recvive From Other Host : %s\n", get_mess);
          }
          /* 后方高度一致 */
      
    • 接收端:

          /* 前方一致, 添加额外的 struct sockaddr_in send_host; 并添加循环,构造收发的现象*/
      		while(1)
       	{
       	  size_t read_len = 0;
       	  char sent_mess[15] = "Hello Sender!"; /* 用于发送的信息 	*/
       	  sendto(sock, mess, strlen(sent_mess), 0, (struct sockaddr *)&recv_host, sizeof(recv_host));
       	  read_len = recvfrom(sock, mess, 15, 0, (struct sockaddr *)&send_host, &addr_len)
       	  mess[read_len-1] = '\0';
       	  printf("In Sever like Host Recvive From other Host : %s\n", mess);
       	}
       	/* 后方高度一致 */
       	/*
       	* 之所以只在接收端使用 connect 的原因,便在于我们模拟的是 客户端-服务器 的模型,而服务器的各项信息是不会随意变更的
       	* 但是 客户端就不同了,可能由于 ISP(Internet Server Provider) 的原因,你的IP地址不可能总是固定的,所以只能
       	* 保证 在客户端 部分注册了 服务器 的各类信息,而不能在 服务器端 注册 客户端 的信息。
       	* 当然也有例外,例如你就想这个软件作为私密软件,仅供两个人使用, 且你有固定的 IP地址,那么你可以两边都connect,但是
       	* 一定要注意,只要有一点信息变动,这个软件就可能无法正常的收发信息了。
       	*/
      
  • 代码解释
    • 故而实际上,虽然前方的表格显示,UDP 似乎并没有 connect 的使用必要,但是实际上还是有用到的地方。
    • *nixAPI 来说,sendtowrite 的区别十分明显,便是一个需要在参数中提供目标主机的各类信息,而后者则不需要提供。同样的道理recvfromread也是如此。
    • 这个代码只是做演示而已,所以将代码置于无限循环当中,现实中可以自行定义出口条件。

以上是 UDP 的一些简单说明,入门足矣,并未详细叙述某些 函数 的具体用法,而是用实际例子来体现。 在 记录 TCP 之前,还是需要讲一个函数 shutdown

  • shutdownclose(closesocket)
    • 首先要知道,网络通信一般而言是双方的共同进行的,换而言之就是双向的,一个方向只用来发送消息,一个方向只用来读取消息。

    • 这就导致了,在结束套接字通信的时候,需要关闭两个方向的通道(暂时叫它们通道),那同时关闭不行吗?可以啊

      • close(sock); // closesocket(sock); FOR Windows PlatForm 就是这么干的,同时断开两个方向的连接。
      • 简单的通信程序或者单向通信程序这么做的确无甚大碍,但是万一在结束通信的时候需要接收最后一个信息那该怎么办?
        • 假设通信结束,客户端向服务器发送 "Thank you"
        • 服务器需要接收这个信息,之后才能关闭通信
        • 问题就在这之间,服务器并不知道客户端会在通信结束后的什么时刻传来信息
        • 所以我们选择在通信完成后先关闭 服务器的 发送通道(写流),等待客户端发来消息后,关闭剩下的 接收通道(读流)
    • 发送端:

          /* 假设有一个 TCP 的连接,此为客户端 */
          write(sock, "Thank you", 10);
          close(sock); // 写完直接关闭通信
      
    • 接收端:

          /* 此为服务器 */
          /* 首先关闭写流 */
          shutdown(sock_c, SHUT_WR);
          read(sock_c, get_mess, GET_MAX);
          printf("Message : %s\n", get_mess);
          close(sock_c);
          close(sock_s); // 关闭两个套接字是因为 TCP 服务器端的需要,后续会记录
      
    • 代码解释

      • shutdown 函数的作用就是 可选择的关闭那个方向的输出
        • int shutdown(int sock, int howto);
        • sock 代表要操作的套接字
        • howto有几个选择
          • ** *nix ** : SHUT_RD SHUT_WR SHUT_RDWR
          • ** Windows ** : SD_RECEIVE SD_SEND SD_BOTH

停下来

  1. 程序员应该越来越来,做的事情应该越来越少,但是能达到的成就应该越来越多
  2. 在 IPv6 出现的今天,网络编程已经开始向简洁和强大靠近,即便是身为底层语言的 C语言
  3. 实际上由于 C语言 并没有自己的网络库, 故为了能进行网络编程,不得不依赖于系统函数,这就是所谓的系统编程, 你已经是一个系统程序员了。
  4. 而 系统函数 随着时代的变化,正在不断完善,增加(几乎没有废除的先例,所以不用担心之前的程序无法运行)。
  5. 相应的,由于以前的网络编程只适合于 IPv4 的地址,自从出现了 IPv6, 我们需要一套全新的方式,正好他来了。


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