Linux下的C語言開發(網絡編程)

不管在Windows平台下面還是在Linux平台下面，網絡編程都是少不了的。在互聯網發達的今天，我們的生活基本上已經離不開網絡了。我們可以用網絡干很多的事情，比如說IM聊天、FTP下載、電子銀行、網絡購物、在線游戲、電子郵件的收發等等。所以說，對於一個軟件的開發者來說，如果說他不會進行網絡程序的開發，那真是難以想象的。

在開始介紹網絡編程的方法之前，我們可以回憶一下計算機網絡的相關知識。目前為止，我們使用的最多網絡協議還是tcp/ip網絡。通常來說，我們習慣上稱為tcp/ip協議棧。至於協議棧分成幾層，有兩種說法。一種是五層，一種是七層，我個人本身也比較傾向於五層的劃分方法。大家可以通過下面的圖看看協議棧是怎麼劃分的。

5、應用層
4、傳輸層
3、網絡層
2、數據鏈路層
1、物理層

網絡的不同層次實現網絡的不同功能。物理層主要實現報文的成幀處理；數據鏈路層完成對報文的優先級的管理，同時實現二層轉發和流量控制；網絡層實現路由和轉發的功能，一方面它需要實現對報文的fragment處理，另外一方面它還需要對路由信息進行處理和保存；傳輸層實現報文的發送和接受，它利用計數、時序、定時器、重發等機制實現對報文的准確發送，當然這都是tcp的發送機制，而udp一般是不保證報文正確發送和接收的；應用層就是根據傳輸層的端口信息調用不同的程序來處理傳輸的內容，端口8080是http報文，端口21是ftp報文等等。上面的邏輯稍顯復雜，朋友們可以這麼理解，

物理層關心的是如何把電氣信號變成一段報文；數據鏈路層關心的是mac地址、vlan、優先級等；網絡層關心的是ip地址，下一跳ip；傳輸層關心的是端口資源；應用層關心的是報文組裝、解析、渲染、存儲、執行等等。

目前關於tcp/ip完整協議棧的代碼很多，其中我認為寫得比較好的還是linux內核/net/ipv4下面的代碼。如果朋友們對ipv6的代碼感興趣，也可以看看/net/ipv6的代碼。檔案如果朋友們對整個協議棧的代碼結構理解得不是很清楚，可以參考《linux網絡分析與開發》這本書。

當然，作為應用層，我們的其實考慮的不用這麼復雜。對於網絡程序編寫人員來講，所有網絡的資源只要和一個socket關聯在一起就可以了。當然在socket可用之前，我們需要為它配置端口信息和ip地址。配置完了之後，我們就可以慢慢等待報文的收發了。所以一般來說，作為服務器端口的處理流程是這樣的，

a) 創建socket
b) 綁定socket到特定的ip地址
c) 對socket進行偵聽處理
d) 接受socket，表明有客戶端和服務器連接
e) 和客戶端循環收發報文
f) 關閉socket

作為服務器程序而言，它要對特定的端口進行綁定和偵聽處理，這樣稍顯復雜。但是如果是編寫客戶端的程序，一切的一切就變得非常簡單了，

a) 創建socket
b) 鏈接服務器端地址
c) 和服務器端的socket收發報文

上面只是對網絡編程做了一個基本的介紹，但是好多的東西還是沒有涉及到，比如說：(1) 什麼時候該使用udp，什麼時候該使用tcp?(2) 如何把多線程和網絡編程聯系在一起? (3) 如何把多進程和網絡編程聯系在一起? (4) 如何利用select函數、epoll_create機制、非阻塞函數提高socket的並發處理效率? (5) linux內核是怎麼實現tcp/ip協議的? (6) 我們自己是否也可以實現協議的處理流程等等?

這裡給出在linux下的簡單socket網絡編程的實例，使用tcp協議進行通信，服務端進行監聽，在收到客戶端的連接後，發送數據給客戶端；客戶端在接受到數據後打印出來，然後關閉。程序裡有詳細的說明，其中對具體的結構體和函數的實現可以參考其他資料。

程序說明： 這裡服務器的端口號和ip地址使用固定的設置，移植時可以根據具體情況更改，可以改寫為參數傳遞更好，這裡為了方便，使用固定的。

移植時服務端可以不用更改，編譯後可直接運行；客戶端將ip改為服務器的地址，然後編譯運行。可以使用netstat 進行查看相應的運行狀態。

/*************************************
文件名： server.c 
linux 下socket網絡編程簡例  - 服務端程序
服務器端口設為 0x8888   （端口和地址可根據實際情況更改，或者使用參數傳入）
服務器地址設為 192.168.1.104
*/

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
int sfp,nfp; /* 定義兩個描述符 */
struct sockaddr_in s_add,c_add;
int sin_size;
unsigned short portnum=0x8888; /* 服務端使用端口 */

printf("Hello,welcome to my server !\r\n");
sfp = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(-1 == sfp)
{
    printf("socket fail ! \r\n");
    return -1;
}
printf("socket ok !\r\n");

/* 填充服務器端口地址信息，以便下面使用此地址和端口監聽 */
bzero(&s_add,sizeof(struct sockaddr_in));
s_add.sin_family=AF_INET;
s_add.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); /* 這裡地址使用全0，即所有 */
s_add.sin_port=htons(portnum);
/* 使用bind進行綁定端口 */
if(-1 == bind(sfp,(struct sockaddr *)(&s_add), sizeof(struct sockaddr)))
{
    printf("bind fail !\r\n");
    return -1;
}
printf("bind ok !\r\n");
/* 開始監聽相應的端口 */
if(-1 == listen(sfp,5))
{
    printf("listen fail !\r\n");
    return -1;
}
printf("listen ok\r\n");

while(1)
{
sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
/* accept服務端使用函數，調用時即進入阻塞狀態，等待用戶進行連接，在沒有客戶端進行連接時，程序停止在此處，
   不會看到後面的打印，當有客戶端進行連接時，程序馬上執行一次，然後再次循環到此處繼續等待。
   此處accept的第二個參數用於獲取客戶端的端口和地址信息。
    */
nfp = accept(sfp, (struct sockaddr *)(&c_add), &sin_size);
if(-1 == nfp)
{
    printf("accept fail !\r\n");
    return -1;
}
printf("accept ok!\r\nServer start get connect from %#x : %#x\r\n",ntohl(c_add.sin_addr.s_addr),ntohs(c_add.sin_port));

/* 這裡使用write向客戶端發送信息，也可以嘗試使用其他函數實現 */
if(-1 == write(nfp,"hello,welcome to my server \r\n",32))
{
    printf("write fail!\r\n");
    return -1;
}
printf("write ok!\r\n");
close(nfp);

}
close(sfp);
return 0;
}

/*************************************
文件名： client.c 
linux 下socket網絡編程簡例  - 客戶端程序
服務器端口設為 0x8888   （端口和地址可根據實際情況更改，或者使用參數傳入）
服務器地址設為 192.168.1.104
*/

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
int cfd; /* 文件描述符 */
int recbytes;
int sin_size;
char buffer[1024]={0};    /* 接受緩沖區 */
struct sockaddr_in s_add,c_add; /* 存儲服務端和本端的ip、端口等信息結構體 */
unsigned short portnum=0x8888;  /* 服務端使用的通信端口，可以更改，需和服務端相同 */

printf("Hello,welcome to client !\r\n");
/* 建立socket 使用因特網，TCP流傳輸 */
cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(-1 == cfd)
{
    printf("socket fail ! \r\n");
    return -1;
}
printf("socket ok !\r\n");
/* 構造服務器端的ip和端口信息，具體結構體可以查資料 */
bzero(&s_add,sizeof(struct sockaddr_in));
s_add.sin_family=AF_INET;
s_add.sin_addr.s_addr= inet_addr("192.168.1.104"); /* ip轉換為4字節整形，使用時需要根據服務端ip進行更改 */
s_add.sin_port=htons(portnum); /* 這裡htons是將short型數據字節序由主機型轉換為網絡型，其實就是
    將2字節數據的前後兩個字節倒換，和對應的ntohs效果、實質相同，只不過名字不同。htonl和ntohl是
    操作的4字節整形。將0x12345678變為0x78563412，名字不同，內容兩兩相同，一般情況下網絡為大端，
    PPC的cpu為大端，x86的cpu為小端，arm的可以配置大小端，需要保證接收時字節序正確。
 */

printf("s_addr = %#x ,port : %#x\r\n",s_add.sin_addr.s_addr,s_add.sin_port); /* 這裡打印出的是小端
    和我們平時看到的是相反的。 */

/* 客戶端連接服務器，參數依次為socket文件描述符，地址信息，地址結構大小 */
if(-1 == connect(cfd,(struct sockaddr *)(&s_add), sizeof(struct sockaddr)))
{
    printf("connect fail !\r\n");
    return -1;
}
printf("connect ok !\r\n");
/*連接成功,從服務端接收字符*/
if(-1 == (recbytes = read(cfd,buffer,1024)))
{
    printf("read data fail !\r\n");
    return -1;
}
printf("read ok\r\nREC:\r\n");

buffer[recbytes]='\0';
printf("%s\r\n",buffer);

getchar(); /* 此句為使程序暫停在此處，可以使用netstat查看當前的連接 */
close(cfd); /* 關閉連接，本次通信完成 */
return 0;
}

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