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发布于 2024-10-16 / 21 阅读
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BSD套接字编程入门

#学习记录

BSD套接字编程是Unix和Linux网络编程的基础，它允许程序通过网络进行通信。BSD套接字API提供了多种系统调用，支持基于TCP和UDP协议的网络通信。以下是对套接字编程中常用系统调用的介绍，包括如何创建、绑定、监听、连接、发送、接收以及关闭套接字。

我们主要讲解以下系统调用：

  • socket()
  • bind()
  • listen()
  • accept()
  • connect()
  • send() / recv()
  • close()

1. socket()

socket() 用于创建一个套接字，套接字是网络通信的基础。

int socket(int domain, int type, int protocol);
  • domain（协议域/协议族）：指定使用的协议族，如 AF_INET（IPv4）或 AF_INET6（IPv6）。
  • type（套接字类型）：
    • SOCK_STREAM：流式套接字，通常用于TCP。
    • SOCK_DGRAM：数据报套接字，通常用于UDP。
  • protocol（协议）：通常为 0，表示默认协议。

返回值：成功时返回套接字的文件描述符，失败时返回 -1。

示例：

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sockfd < 0) {
    perror("socket creation failed");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

2. bind()

bind() 将套接字绑定到一个本地地址（IP地址和端口号）。对于服务器端程序，通常会在bind()之后调用listen()等待连接。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  • sockfd：socket()函数返回的套接字文件描述符。
  • addr：包含本地地址和端口号的struct sockaddr_in结构体。
  • addrlen：地址结构体的大小。

返回值：成功时返回0，失败时返回-1。

示例：

struct sockaddr_in address;
address.sin_family = AF_INET;
address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 绑定到本地IP地址
address.sin_port = htons(8080);        // 绑定到端口8080

if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
    perror("bind failed");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

3. listen()

listen() 用于将套接字设置为被动模式，等待客户端连接。

int listen(int sockfd, int backlog);
  • sockfd：套接字文件描述符。
  • backlog：队列中允许等待的最大连接数。

返回值：成功时返回0，失败时返回-1。

示例：

if (listen(sockfd, 3) < 0) {
    perror("listen failed");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

4. accept()

accept() 用于从已连接的队列中提取下一个连接，返回一个新的套接字，用于与客户端进行通信。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
  • sockfd：监听套接字。
  • addr：客户端的地址信息。
  • addrlen：地址结构体的大小。

返回值：成功时返回新连接的套接字文件描述符，失败时返回-1。

示例：

struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
int new_sock = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
if (new_sock < 0) {
    perror("accept failed");
    exit(EXIT_FAILURE);
}

5. connect()

connect() 用于客户端主动连接服务器。此调用适用于客户端程序。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  • sockfd：由socket()创建的套接字。
  • addr：服务器的地址信息。
  • addrlen：地址结构体的大小。

返回值：成功时返回0，失败时返回-1。

示例：

struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(8080);

// 转换IP地址
if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
    printf("Invalid address/ Address not supported \n");
    return -1;
}

if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
    printf("Connection Failed \n");
    return -1;
}

6. send() / recv()

用于发送和接收数据。

send()

send() 用于向已连接的套接字发送数据。

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
  • sockfd：连接的套接字。
  • buf：要发送的数据。
  • len：发送的数据长度。
  • flags：一般为0，表示默认行为。

返回值：成功时返回发送的字节数，失败时返回-1。

示例：

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

recv()

recv() 用于从已连接的套接字接收数据。

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
  • sockfd：连接的套接字。
  • buf：接收数据的缓冲区。
  • len：缓冲区的大小。
  • flags：一般为0。

返回值：成功时返回接收的字节数，失败时返回-1。

示例：

char buffer[1024] = {0};
int bytes_read = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0);
printf("Received: %s\n", buffer);

7. close()

close() 用于关闭套接字，释放与之关联的资源。

int close(int sockfd);
  • sockfd：要关闭的套接字文件描述符。

返回值：成功时返回0，失败时返回-1。

示例：

close(sockfd);

完整示例：TCP服务器和客户端

服务器端：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    const char *hello = "Hello from server";

    // 创建套接字
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定地址
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t *)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接收数据
    int bytes_read = recv(new_socket, buffer, 1024, 0);
    printf("Message received: %s\n", buffer);

    // 发送数据
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // 关闭套接字
    close(new_socket);
    close(server_fd);
    return 0;
}

客户端：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[1024] = {0};
    const char *hello = "Hello from client";

    // 创建套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("Socket creation error\n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8080);

    // 转换IP地址
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("Invalid address/ Address not supported\n");
        return -1;
    }

    //

 连接服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("Connection Failed\n");
        return -1;
    }

    // 发送数据
    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // 接收数据
    int bytes_read = recv(sock, buffer, 1024, 0);
    printf("Message received: %s\n", buffer);

    // 关闭套接字
    close(sock);
    return 0;
}

总结：

  1. socket() 创建套接字。
  2. bind() 绑定IP地址和端口。
  3. listen() 设置套接字为监听状态。
  4. accept() 接受客户端的连接。
  5. connect() 用于客户端连接服务器。
  6. send()/recv() 用于发送和接收数据。
  7. close() 关闭套接字。

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