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2023-10-27 16:49 已编辑门头沟学院嵌入式软件开发

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【应用】06.Socket编程

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三、Linux网络编程

结合计算机网络学习

Socket编程

96.网络编程的作用？

Linux网络编程主要用于在Linux系统中进行网络通信(进行进程间通信，但这些进程是分布在不同主机上的进程)。它提供了一组丰富的网络编程接口和协议，使得开发者可以方便地开发基于网络的应用程序，如网络服务器、客户端、通信软件等。

Linux网络编程的主要作用包括：

提供底层的网络编程接口，如套接字（socket）、网络地址等，使得应用程序可以通过这些接口进行网络通信。
提供一系列网络协议的实现，如TCP、UDP、IP等，使得应用程序可以选择合适的协议进行网络通信。
提供网络编程相关的系统调用和函数，如select()、poll()、epoll()等，使得应用程序可以进行异步、非阻塞的网络通信操作。
提供一些网络编程相关的库，如libpcap、libcurl等，使得应用程序可以更方便地进行网络数据抓包、HTTP请求等操作。

97.网络应用程序设计模式

C/S模式

传统的网络应用设计模式，客户机(client)/服务器(server)模式。需要在通讯两端各自部署客户机和服务器来完成数据通信。

B/S模式

浏览器()/服务器(server)模式。只需在一端部署服务器，而另外一端使用每台PC都默认配置的浏览器即可完成数据的传输。

优缺点

对于C/S模式来说，其优点明显。客户端位于目标主机上可以保证性能，将数据缓存至客户端本地，从而提高数据传输效率。且，一般来说客户端和服务器程序由一个开发团队创作，所以他们之间所采用的协议相对灵活。可以在标准协议的基础上根据需求裁剪及定制。例如，腾讯公司所采用的通信协议，即为ftp协议的修改剪裁版。

因此，传统的网络应用程序及较大型的网络应用程序都首选C/S模式进行开发。如，知名的网络游戏魔兽世界。3D画面，数据量庞大，使用C/S模式可以提前在本地进行大量数据的缓存处理，从而提高观感。

C/S模式的缺点也较突出。由于客户端和服务器都需要有一个开发团队来完成开发。工作量将成倍提升，开发周期较长。另外，从用户角度出发，需要将客户端安插至用户主机上，对用户主机的安全性构成威胁。这也是很多用户不愿使用C/S模式应用程序的重要原因。

B/S模式相比C/S模式而言，由于它没有独立的客户端，使用标准浏览器作为客户端，其工作开发量较小。只需开发服务器端即可。另外由于其采用浏览器显示数据，因此移植性非常好，不受平台限制。如早期的偷菜游戏，在各个平台上都可以完美运行。

B/S模式的缺点也较明显。由于使用第三方浏览器，因此网络应用支持受限。另外，没有客户端放到对方主机上，缓存数据不尽如人意，从而传输数据量受到限制。应用的观感大打折扣。第三，必须与浏览器一样，采用标准http协议进行通信，协议选择不灵活。

因此在开发过程中，模式的选择由上述各自的特点决定。根据实际需求选择应用程序设计模式。

98.网络字节序

在 Linux 网络编程中，网络字节序是指在网络上传输时使用的字节序，它是一种规范的字节序，确保不同计算机之间的数据传输的正确性。

在计算机内部，数据的表示可以使用两种字节序，即大端字节序和小端字节序。大端字节序是指数据的高位字节存放在内存的低地址中，而小端字节序是指数据的低位字节存放在内存的低地址中。

为了在网络上传输时保证数据的正确性，所有计算机都必须使用相同的字节序。在网络编程中，网络字节序被规定为大端字节序，无论计算机的实际字节序是大端还是小端，都必须将数据转换为网络字节序后再进行传输。

在 Linux 网络编程中，可以使用一些函数来进行字节序的转换，如htonl()、htons()、ntohl() 和 ntohs()，它们分别表示将一个 32 位整数从主机字节序转换为网络字节序、将一个 16 位整数从主机字节序转换为网络字节序、将一个 32 位整数从网络字节序转换为主机字节序、将一个 16 位整数从网络字节序转换为主机字节序。

99.IP地址转换函数

IP地址转换函数的作用是将IP地址在二进制格式和文本格式之间进行转换。在计算机网络通信中，IP地址是网络通信中最重要的元素之一。在实际通信中，IP地址以文本格式（如IPv4地址中的“192.168.0.1”）或二进制格式（如IPv4地址中的32位二进制数）存在。为了方便处理和显示IP地址，需要在文本格式和二进制格式之间进行转换。

#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);

应用代码如下：

#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h> // 包含inet_pton()和inet_ntop()函数

int main() {
    // IPv4地址转换示例
    const char* ipv4_str = "192.168.0.1";
    struct in_addr ipv4_addr;
    inet_pton(AF_INET, ipv4_str, &ipv4_addr);  // 将IPv4字符串转换为二进制格式
    char ipv4_str2[INET_ADDRSTRLEN];
    inet_ntop(AF_INET, &ipv4_addr, ipv4_str2, INET_ADDRSTRLEN);  // 将IPv4二进制格式转换为字符串
    printf("%s\n", ipv4_str2);  // 输出：192.168.0.1

    // IPv6地址转换示例
    const char* ipv6_str = "fe80::2c16:eff:fe93:6b8c";
    struct in6_addr ipv6_addr;
    inet_pton(AF_INET6, ipv6_str, &ipv6_addr);  // 将IPv6字符串转换为二进制格式
    char ipv6_str2[INET6_ADDRSTRLEN];
    inet_ntop(AF_INET6, &ipv6_addr, ipv6_str2, INET6_ADDRSTRLEN);  // 将IPv6二进制格式转换为字符串
    printf("%s\n", ipv6_str2);  // 输出：fe80::2c16:eff:fe93:6b8c

    return 0;
}

其中，inet_pton()函数将IP地址字符串转换为二进制格式，需要指定地址族参数，可以使用AF_INET表示IPv4地址族，AF_INET6表示IPv6地址族。inet_ntop()函数将IP地址的二进制格式转换为字符串格式，同样需要指定地址族参数。在调用inet_ntop()函数时，需要提供一个指向存储字符串的缓冲区的指针以及缓冲区的大小。可以使用INET_ADDRSTRLEN和INET6_ADDRSTRLEN分别表示IPv4和IPv6地址所需的最大缓冲区大小。

100.sockaddr数据结构

strcut sockaddr 很多网络编程函数诞生早于IPv4协议，那时候都使用的是sockaddr结构体,为了向前兼容，现在sockaddr退化成了（void *）的作用，传递一个地址给函数，至于这个函数是sockaddr_in还是sockaddr_in6，由地址族确定，然后函数内部再强制类型转化为所需的地址类型 alt

101.请你来说一下socket编程中服务器端和客户端主要用到哪些函数？

请问你有没有基于做过socket的开发？具体网络层的操作该怎么做？

请你讲述一下Socket编程的send() recv() accept() socket()函数？

socket编程的流程？

alt

基于TCP的socket

服务器端程序

（1）创建一个socket，用函数socket()

（2）绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()

（3）设置允许的最大连接数，用函数listen()

（4）接收客户端上来的连接，用函数accept()

（5）收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()

（6）关闭网络连接。

客户端程序：

（1）创建一个socket，用函数socket()

（2）设置要连接的对方的IP地址和端口等属性

（3）连接服务器，用函数connect()

（4）收发数据，用函数send()和recv()，或read()和write()

（5）关闭网络连接

基于UDP的socket

服务器端流程（1）建立套接字文件描述符，使用函数socket()，生成套接字文件描述符。

（2）设置服务器地址和侦听端口，初始化要绑定的网络地址结构。

（3）绑定侦听端口，使用bind()函数，将套接字文件描述符和一个地址类型变量进行绑定。

（4）接收客户端的数据，使用recvfrom()函数接收客户端的网络数据。

（5）向客户端发送数据，使用sendto()函数向服务器主机发送数据。

（6）关闭套接字，使用close()函数释放资源。UDP协议的客户端流程。

客户端流程

（1）建立套接字文件描述符，socket()。

（2）设置服务器地址和端口，struct sockaddr。

（3）向服务器发送数据，sendto()。

（4）接收服务器的数据，recvfrom()。

（5）关闭套接字，close()。

基于TCP的socket代码如下：

client.c的作用是从命令行参数中获得一个字符串发给服务器，然后接收服务器返回的字符串并打印。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 6666

int main(int argc, char *argv[])
{
	struct sockaddr_in servaddr;
	char buf[MAXLINE];
	int sockfd, n;
    char *str;

	if (argc != 2) {
		fputs("usage: ./client message\n", stderr);
		exit(1);
	}
    str = argv[1];

	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);

	connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

	write(sockfd, str, strlen(str));

	n = read(sockfd, buf, MAXLINE);
	printf("Response from server:\n");
	write(STDOUT_FILENO, buf, n);
	close(sockfd);

	return 0;
}

server.c的作用是从客户端读字符，然后将每个字符转换为大写并回送给客户端。