网络编程的函数

ltaotao007

那个有关于LINUX网络编程的资料,
我最希望是有关网络编程函数的介绍.全面一些的

rocklgk

以下是我的学习笔记，拿来跟大家分享，
参考文献《Proxy源代码分析》

首先要弄清端式问题，它是计算机结构查看存储器方式中的一个基本问题。简单的说就是以高字节顺序存储或以低字节顺序存储。由这引出网络字节次序（NBO）和主机字节次序（HBO），网络字节次序规定为以高字节顺序存储，而主机字节次序可高可低，所以当计算机与网络进行通讯时，就涉及到一个字节次序转换的问题。这有四个函数：ntohs（），htons（），ntohl（），htonl（），其中，n代表net，h代表host，s代表short，l代表long。

下面先总结一下常用的socket函数：
socket                               创建一个套接字  
bind                                   绑定端口到一个套接字
listen                                 允许一个服务器套接字接受连接
accept                               通过一个服务器套接字接受一个客户
connect                             连接一个客户套接字到服务器
select                                在许多套接字上识别套接字读/写/异常
send/sendto                     通过一个套接字发送数据
recv/recvfrom                    从一个套接字接收数据
getsockopt/setsockout      获得或设置套接字/协议选项
getpeername/getsockname  在套接字的本地和远程端上获得地址/端口信息
close                                      关闭套接字
shutdown                               关闭一个带控制的套接字
gethostbyname/gethostbyaddr    使用域名服务器解析名字或地址
inet_addr/inet_aton                转换字符串IP地址到二进制网络字节次序的地址
inet_ntoa                              转换二进制网络字节次序的地址到一个字符串
[/list:u]
下面将说明一些常用的函数。
在此之前先说一下套接字地址结构设置的问题。
在通常情况下，首先要将描述服务器信息的套接字地址结构清零，然后在地址结构中填入相应的内容，准备接受客户机送来的连接建立请求。这个清零操作可以用多种字节处理函数来实现，例如bzero()、bcopy()、memset()、memcpy()等，以字母"b"开始的两个函数是和BSD系统兼容的，而后面两个是ANSI C提供的函数。这段代码中使用的bzero()其描述为：
　　　void bzero(void *s, int n);
　　函数的具体操作是将参数s指定的内存的前n个字节清零。memset()同样也很常用，其描述为：
　　　void *memset(void *s, int c, size_t n);
　　具体操作是将参数s指定的内存区域的前n个字节设置为参数c的内容。（以_t结尾的数据类型被称为原始系统数据类型，通常在头文件sys/types.h中定义）
　　下一步就是在已经清零的服务器套接字地址结构中填入相应的内容。Linux系统的套接字是一个通用的网络编程接口，它应该支持多种网络通信协议，每一种协议都使用专门为自己定义的套接字地址结构（例如TCP/IP网络的套接字地址结构就是struct sockaddr_in）。不过为了保持套接字函数调用参数的一致性，Linux系统还定义了一种通用的套接字地址结构：
-----------------------------------------------------------------
<linux/socket.h>
struct sockaddr
{
　　unsigned short sa_family; /* address type */
　　char sa_data[14]; /* protocol address */
}
-----------------------------------------------------------------
　　其中sa_family意指套接字使用的协议族地址类型，对于我们的TCP/IP网络，其值应该是AF_INET，sa_data中存储具体的协议地址，不同的协议族有不同的地址格式。这个通用的套接字地址结构一般不用做定义具体的实例，但是常用做套接字地址结构的强制类型转换，如我们经常可以看到这样的用法：
　　　bind(sockfd,(struct sockaddr *) &servaddr,sizeof(servaddr))
　　用于TCP/IP协议族的套接字地址结构是sockaddr_in，其定义为：
-----------------------------------------------------------------
<linux/in.h>
struct in_addr
{
　　__u32 s_addr;
};
　　struct sochaddr_in
{
　　short int sin_family;
　　unsigned short int sin_port;
　　struct in_addr sin_addr;
};
-----------------------------------------------------------------
　其成员的设置一般是这样的：
　　　servaddr.sin_family = AF_INET;
　　表示套接字使用TCP/IP协议族。
　　　servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
　　设置服务器套接字的IP地址为特殊值INADDR_ANY，这表示服务器愿意接收来自任何网络设备接口的客户机连接。
　　　servaddr.sin_port = htons(PORT);
设置通信端口号，PORT应该是我们已经定义好的。

创建通信套接字
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol)
domain:指定套接字使用的协议族。选项包括TCP/IP协议族的AF_INET，UNIX协议族的AF_UNIX，ISO协议族的AF_ISO，路由协议的AF_ROUTE.
type：指定协议类型。选项有SOCK_RAW(对原始的或IPv4)，SOCK_STREAM(对TCP),SOCK_DGRAM(对UDP)这些类型只对AF_INET协议族有效。
protocol：总是0（数字0），除非类型字段被定义为SOCK_RAW,不常用。
当socket()函数成功执行时，返回一个标志这个套接字的描述符，如果出错则返回"-1"，并设置errno为相应的错误类型。（errno在errno.h中定义，用来标志错误类型，不用定义可直接使用）
例子：
TCP创建套接字：
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
UDP创建套接字：
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

服务器公开地址

　　如果服务器要接受客户机的连接请求，那么它必须先要在整个网络上公开自己的地址。在设置了服务器的套接字地址结构之后，可以通过调用函数bind()绑定服务器的地址和套接字来完成公开地址的操作。函数bind()的详细描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
　　int bind(int sockfd, struct sockaddr *addr, int addrlen);
-----------------------------------------------------------------
　　参数sockfd是我们通过调用socket()创建的套接字描述符。参数addr是本机地址，参数addrlen是套接字地址结构的长度。函数执行成功时返回"0",否则返回"-1"，并设置errno变量为EADDRINUAER。
　　如果是服务器调用bind()函数，如果设置了套接字的IP地址为某个本地IP地址，那么这表示服务器只接受来自于这个IP地址的特定主机发出的连接请求。不过一般情况下都是将IP地址设置为INADDR_ANY，以便接受所有网络设备接口送来的连接请求。
　　客户机一般是不会调用bind()函数的，因为客户机在连接时不用指定自己的套接字地址端口号，系统会自动为客户机选择一个未用端口号，并且用本地IP地址自动填充客户机套接字地址结构中的相应项。但是在某些特定的情况下客户机需要使用特定的端口号，例如Linux中的rlogin命令就要求使用保留端口号，而系统是不能为客户机自动分配保留端口号的，这就需要调用bind()来绑定一个保留端口号了。不过在一些特殊的环境下，这样绑定特定端口号也会带来一些负面影响，如在HTTP服务器进入TIME_WAIT状态后，客户机如果要求再次与服务器建立连接，则服务器会拒绝这一连接请求。如果客户机最后进入TIME_WAIT状态，则马上再次执行bind（）函数时会返回出错信息"-1"，原因是系统会认为同时有两次连接绑定同一个端口。

转换Listening套接字

　　接下来，服务器需要将我们刚才与IP地址和端口号完成绑定的套接字转换成倾听listening套接字。只有服务器程序才需要执行这一步操作。我们通过调用函数listen()实现这一操作。listen()的详细描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
-----------------------------------------------------------------
　　参数sockfd指定我们要求转换的套接字描述符，参数backlog设置请求队列的最大长度。函数listen()主要完成以下操作。
　　首先是将套接字转换成倾听套接字。因为函数socket()创建的套接字都是主动套接字，所以客户机可以通过调用函数connect()来使用这样的套接字主动和服务器建立连接。而服务器的情况恰恰相反，服务器需要通过套接字接收客户机的连接请求，这就需要一个"被动"套接字。listen()就可将一个尚未连接的主动套接字转换成为这样的"被动"套接字，也就是倾听套接字。在执行了listen()函数之后，服务器的TCP就由CLOSED变成LISTEN状态了。
另外listen()可以设置连接请求队列的最大长度。虽然参数backlog的用法非常简单，只是一个简单的整数。但搞清楚请求队列的含义对理解TCP协议的通信过程建立非常重要。TCP协议为每个倾听套接字实际上维护两个队列，一个是未完成连接队列，这个队列中的成员都是未完成3次握手的连接；另一个是完成连接队列，这个队列中的成员都是虽然已经完成了3次握手，但是还未被服务器调用accept()接收的连接。参数backlog实际上指定的是这个倾听套接字完成连接队列的最大长度。

接收连接

accept()的详细描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/socket.h>
　　int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);
-----------------------------------------------------------------
　　参数sockfd是我们转换成功的倾听套接字描述符；参数addr是一个指向套接字地址结构的指针，参数addrlen为一个整型指针。当函数成功执行时，返回3个结果，函数返回一个新的套接字描述符，服务器可以通过这个新的套接字描述符和客户机进行通信。参数addr所指向的套接字地址结构中将存放客户机的相关信息，addrlen指针将描述前述套接字地址结构的长度。在通常情况下服务器对这些信息不是很感兴趣，因此我们经常可以看到一些源代码中将accept()函数的后两个参数都设置为NULL。在一段服务器程序中，可以始终只用一个倾听套接字来接收多个客户机的连接请求；而如果我们要和客户机建立一个实际的连接的话，对每一个请求我们都需要调用accept()返回一个新的套接字。当服务器处理完毕客户机的请求后，一定要将相应的套接字关闭；如果整个服务器程序将要结束，那么一定要将倾听套接字关闭。如果accept()函数执行失败，则返回"-1"，如果accept()函数阻塞等待客户机调用connect()建立连接，进程在此时恰好捕捉到信号，那么函数在返回"-1"的同时将变量errno的值设置为EINTR。这和accept()函数执行失败是有区别的。因此我们可以看到这样的语句：
-----------------------------------------------------------------
if (newsockfd < 0 && errno == EINTR)
continue;
/* a signal might interrupt our accept() call */
else if (newsockfd < 0)
/* something quite amiss -- kill the server */
errorout("failed to accept connection");
-----------------------------------------------------------------
其中newsockfd为accept返回值。
　　可以看出程序在处理这两种情况时操作是完全不同的，同样是accept()返回"-1"，如果有errno == EINTR，那么系统将再次调用accept()接受连接请求，否则服务器进程将直接结束。

处理客户机请求

　　当服务器与客户机建立连接以后，就可以处理客户机的请求了。一般情况下服务器程序都要创建一个子进程用于处理客户机请求；而父进程则继续监听，时刻准备接受其它客户机的连接请求。在大型的服务器程序中，一般都要在子进程里，根据客户机请求的不同而通过exec()系列函数调用不同的处理程序，这也是在学习linux/Unix编程中一个非常重要的地方。

连接服务器

函数connect()的定义为：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, struct sockaddr *servaddr, int addrlen);
-----------------------------------------------------------------
　　参数sockfd是调用函数socket()返回的套接字描述符，参数servaddr指向远程服务器的套接字地址结构，参数addrlen指定这个套接字地址结构的长度。函数connect()执行成功时返回"0"，如果执行失败则返回"-1"，并将全局变量errno设置为相应的错误类型。一般常用switch()函数对以下三种出错类型进行处理： ETIMEDOUT、ECONNREFUSED和ENETUNREACH。这三个出错类型的意思分别为：ETIMEDOUT代表超时，产生这种情况的原因有很多，最常见的是服务器忙，无法应答客户机的连接请求；ECONNREFUSED代表连接拒绝，即服务器端没有准备好的倾听套接字，或是没有对倾听套接字的状态进行监听；ENETUNREACH表示网络不可达。

I/O多路复用

select()函数可以构造一个表，在这个表中包含了我们所有要用到的文件描述符。然后我们可以调用一个函数，这个函数可以检测这些文件描述符的状态，当某个（我们指定的）文件描述符准备好进行I/O操作时，此函数就返回，告知进程哪个文件描述符已经可以执行I/O操作了。这样就避免了长时间的阻塞。select()系列函数的详细描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int select(int n, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_est *exceptfds, struct timeval *timeout);
FD_CLR(int fd, fd_set *set);
FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
FD_SET(int fd, fd_set *set);
FD_ZERO(fd_set *set);
-----------------------------------------------------------------
　　select()函数将创建一个我们所关心的文件描述符表，它的参数将在内核中为这些文件描述符设置我们所关心的条件，例如是否是可读、是否可写以及是否异常，而且在参数中还可以设置我们希望等待的最大时间。在select()成功执行时，它将返回目前已经准备好的描述符数量，同时内核可以告诉我们各个描述符的状态信息。如果超时，则返回"0"，如果出错，则函数返回"-1"，并同时设置errno为相应的值。
　　select()的最后一个参数timeout将设置等待时间。其中结构timeval是在文件<bits/time.h>中定义的。
-----------------------------------------------------------------
struct timeval
{
　　__time_t tv_sec; /* Seconds */
　　__time_t tv_usec; /* Microseconds */
};
-----------------------------------------------------------------
　　参数timeout的设置有三种情况。timeout==NULL时，这表示用户希望永远等待，直到我们指定的文件描述符中的一个已准备好，或者是捕捉到一个信号。如果是由于捕捉到信号而中断了这个无限期的等待过程的话，select()将返回"-1"，同时设置errno的值为EINTR。
　　如果timeout-&gt;tv_sec==0&amp;&amp;timeout-&gt;tv_usec==0，那么这表示完全不等待。Select()测试了所有指定文件描述符后立即返回。这是得到多个描述符状态而不阻塞select()函数的轮询方法。
　　如果timeout-&gt;tv_sec！=0||timeout-&gt;tv_usec！=0，那么这两个参数的值即为我们希望函数等待的时间。其中tv_sec设置时间单位为秒，tv_usec设置时间单位为微秒。如果在超时的时候，在我们指定的所有文件描述符里面仍然没有任何一个准备好的话，则select()将返回"0"。
　　中间三个参数的数据类型是fd_set，它的意思是文件描述符集，而readfds, writefds和exceptfds则分别是指向文件描述符集的指针，他们分别描述了我们所关心的可读、可写以及状态异常的各个文件描述符。之所以我们称select()可以创建一个文件描述符"表"，那个所谓的表就是由这三个参数指向的数据结构组成的。其中在每个set_fd数据类型中都为我们关心的所有文件描述符保留了一位。所以在监测文件描述符状态的时候，就在这些set_fd数据结构中查询相关的位。
　　第一个参数n用来说明到底需要遍历多少个描述符位。n的值一般是这样设置的，从我们关心的所有文件描述符中选出最大值再加1。例如我们设置的所有文件描述符中最大的为6，那么将n设置为7，则系统在检测描述符状态的时候，就只用遍历前7位（fd0~fd6）的状态。不过如果不想这样麻烦的话，我们可以将n的值直接设置为FD_SETSIZE。这是系统中设定的最大文件描述符个数，不同的系统这个值也不相同，一般是256或是1024。这样在检测描述符状态的时候，函数将遍历所有的描述符位。
在调用select()函数实现多路I/O转接时，首先我们要声明一个新的文件描述符集：
      fd_set rdfdset;
　　然后调用FD_ZERO()清空此文件描述符集的所有位，以免下面检测描述符位的时候返回错误结果：
　　　FD_ZERO(&amp;rdfdset);
　　然后调用FD_SET()在文件描述符集中设置我们关心的位。假设有读写两种描述符readsockfd和writesockfd，则：
FD_SET(readsockfd,&amp;rdfdset);
FD_SET(writesockfd,&amp;rdfdset);
执行这样的select()函数：
　　　select(FD_SETSIZE,&amp;rdfdset,NULL,NULL,NULL)
　　那么在select()返回后怎样检测set_fd数据结构中描述符位的状态呢？这就要调用函数FD_ISSET()，如果对应文件描述符的状态为"已准备好"（即描述符位为"1"），则FD_ISSET()返回"1"，否则返回"0"。
-----------------------------------------------------------------
if (FD_ISSET(readsockfd,&amp;rdfdset)) {
　　if ((iolen = read(readsockfd,buf,sizeof(buf))) &lt;= 0)
　　break; /* zero length means the host disconnected */
　　write(writesockfd,buf,len);
-----------------------------------------------------------------
　　这一段代码就实现从套接字readsockfd到套接字writesockfd的无阻塞传输。而下一段代码实现反方向的无阻塞传输：
-----------------------------------------------------------------
if (FD_ISSET(writesockfd,&amp;rdfdset)) {
　　if ((iolen = read(writesockfd,buf,sizeof(buf))) &lt;= 0)
　　　break; /* zero length means the host disconnected */
　　　write(readsockfd,buf,len);

最后说一下域名转换

gethostbyname()函数
#include &lt;netdb.h&gt;
struct hostent *gethostbyname(const char *hostname);
-----------------------------------------------------------------
　　参数hostname指向我们需要转换的域名地址，函数直接返回转换结果，如果函数执行成功，则结果直接返回到一个指向hostent结构的指针中，否则返回空指针NULL。
struct hostent的详细描述为：
-----------------------------------------------------------------
struct hostent {
　　　char *h_name;
　　　char **h_aliases;
　　　int h_addrtype;
　　　int h_length;
　　　char **h_addr_list;
};
#define h_addr h_addrlist[0]
-----------------------------------------------------------------
　　hostent成员的含义是h_name代表主机在网络上的的正式名称，h_aliases是所有主机别名的列表，h_addrtype是指主机的地址类型，一般设置为TCP/IP协议族AF_INET，h_length是主机的地址长度，一般设置为4个字节。h_addr_list是主机的IP地址列表。
inet_addr()函数的描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include &lt;sys/socket.h&gt;
#include &lt;netinet/in.h&gt;
#include &lt;arpa/inet.h&gt;
unsigned long int inet_addr(const char *cp)
-----------------------------------------------------------------
　　inet_addr()的作用就是将参数cp指向的Internet主机地址从数字/点的形式转换成二进制形式并同时转换为网络字节顺序，并将转换结果直接返回。如果cp指向的IP地址不可用，则函数返回INADDR_NONE或"-1"。
但有个问题：IP地址255.255.255.255绝对是一个有效地址，那么其二进制返回值也将是"-1"，因此inet_addr()无法对这个IP地址进行处理。而函数inet_aton()则采用了一种更好的方法来返回出错信息，它的具体描述为：
-----------------------------------------------------------------
#include &lt;sys/socket.h&gt;
#include &lt;netinet/in.h&gt;
#include &lt;arpa/inet.h&gt;
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)
-----------------------------------------------------------------
　　函数执行成功时返回非零，转换结果存入指针inp指向的in_addr结构（前面介绍过）。如果参数cp指向的IP地址不可用，则返回"0"。这就避免发生inet_addr()那样的问题。


就到这里吧，休息休息

rocklgk

第一次写这么长的帖子真累啊，可能有很多错误，大家别客气！
由于网上很多源码，这里就不帖例程了，大家去找个看看，这样学的才透彻！

rocklgk

我晕看了一遍之后发现落了两个最重要的函数send（）和recv（）   
#include &lt;sys/types.h&gt;
#include &lt;sys/socket.h&gt;
int send(int sockfd, const void *msg, int msglen, unsigned int flags)

int recv(int sockfd, const void *msg, int msglen, unsigned int flags)

flag通常为0    其他的很容易明白吧。

rocklgk

没人评价一下吗？ :-(

ltaotao007

好，谢谢rocklqk

rocklgk

希望对你有用！

edwardhayes

很好啊，最好有电子版的全一点的
unp英文版的能找到吗？

rocklgk

unp是什么？这是我自己的学习笔记，呵呵，俺现在还不到出书的水平吧！

edwardhayes

我指的是stevens的unix network programming 的卷1，卷2。
我中文的倒是有，但是还是英文的精准。

rocklgk

哦 这个我没有。

edwardhayes

没关系啦，最重要的时候问题的时候能找到兄弟解决。

rocklgk

:-)