1.1 编程准备—字节序、地址转换
1.1.1 字节序概述
字节序概念:是指多字节数据的存储顺序
分类:
大端格式:将低位字节数据存储在低地址
小端格式:将高位字节数据存储在低地址
注意:
LSB:低地址
MSB:高地址
如何判断当前系统的字节序:
#include <stdio.h>
union un
{
int a;
char b;
}
int main()
{
union un myun;
myun.a = 0x12345678;
printf("a = %#x\n",myun.a);
printf("b = %#x\n",myun.b);
if(myun.b == 0x78){
printf("小端存储\n");
}
else{
printf("大端存储\n");
}
return 0;
}
结果展示:
1.1.2 字节序转换函数
- 网络协议制定了通讯字节序——大端
- 只有在多字节数据处理时才需要考虑字节序
- 运行在同一台计算上的进程相互通信时,一般不用考虑字节序
- 异构计算机之间通讯,需要转换自己的字节序为网络字节序
在需要字节序转换的时候一般调用特定字节序转换函数
host --> network
1 -- htonl
#include<arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostint32);
功能:
将32位主机字节序数据转换成网络字节序数据
参数:
hostint32: 待转换的32位主机字节序数据
返回值:
成功:返回网络字节序的值
2 -- htons
#include<arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostint16);
功能:
将16位主机字节序数据转换成网络字节序数据
参数:
hostint16: 待转换的16位主机字节序数据
返回值:
成功:返回网络字节序的值
network --> host
3 -- ntohl
#include<arpa/inet.h>
uint32_t ntohl(uint32_t netint32);
功能:
将32位网络字节序数据转换成主机字节序数据
参数:
netint32: 待转换的32位网络字节序数据
返回值:
成功:返回主机字节序数据
4 -- ntohs
#include<arpa/inet.h>
uint16_t ntohs(uint16_t netint16);
功能:
将16位网络字节序数据转换成主机字节序数据
参数:
netint16: 待转换的16位网络字节序数据
返回值:
成功:返回主机字节序数据
案例:
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
int a = 0x12345678;
short a = 0x1234;
printf("%#x\n",htonl(a));
printf("%#x\n",htons(b));
return 0;
}
1.1.3 地址转换函数
人为识别的ip地址是点分十进制的字符串形式,但是计算机或网络中识别的ip地址是整型数据,所以需要转化
1.1.3.1 inet_pton函数
#include <arpa/inet.h>
int inet_pton(int family,const char *strptr,void *addrptr);
功能:
将点分十进制数串转换成32位无符号整数
参数:
family 协议族
AF_INET ipv4网络协议
AF_INET6 iPV6网络协议
strptr 点分十进制数串
addrptr 32位无符号整数的地址
返回值:
成功返回1、失败返回其他
案例:
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
char ip_str[] = "198.168.3.103";
unsigned int ip_int = 0;
unsigned char *ip_p = NULL;
//将点分十进制ip地址转化为32位无符号整形数据
inet_pton(AF_INET,ip_str,&ip_int);
printf("ip_int = %d\n",ip_int;
ip_p = (char *)&ip_int;
printf("in_uint = %d,%d,%d,%d\n",*ip_p,*(ip_p+1),*(ip_p+2),*(ip_p+3));
return 0;
}
1.1.3.2 inet_ntop()函数
#include <arpa/inet.h>
const char * inet_ntop(int family,const void *addrptr,char *strptr, size_t len);
功能:
将32位无符号整数转换成点分十进制数串的ip地址
参数:
family 协议族
AF_INET ipv4网络协议
AF_INET6 iPV6网络协议
addrptr 32位无符号整数的地址
strptr 点分十进制数串
len strptr缓存区长度
len的宏定义
#define INET_ADDRSTRLEN 16 //for ipv4
#define INET6_ADDRSTRLEN 46 //for ipv6
返回值:
成功返回1、失败返回其他
案例:
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
unsigned char ip_int[] = {
198,168,3,103};
char ip_str[16] = ""; //"198.168.3.103"刚好16个字节
inet_ntop(AF_INET,&ip_int,ip_str,16);
printf("ip_s = %s\n",ip_str);
return 0;
}
1.1.3.3 inet_addr()和inet_ntoa()
这两个函数只能用在ipv4地址的转换
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
功能:
将点分十进制ip地址转化为整型数据
参数:
cp:点分十进制的ip地址
返回值:
成功:整型数据
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
功能:将整型数据转化位点分十进制的ip地址
参数:
in: 保存ip地址的结构体
返回值:
成功:点分十进制的ip地址
1.2 UDP介绍、编程流程
1.2.1 UDP概述
UDP协议
面向无连接的用户数据报协议,在传输数据前不需要先建立连接;目的主机的运输层收到UDP报文后,不需要给出任何确认。
UDP特点
- 相对TCP速度稍快些;
- 简单的请求/应答应用程序可以使用UDP;
- 对于海量数据传输不应该使用UDP;
- 广播和多播应用必须使用UDP。
UDP应用
DNS(域名解析)、NFS(网络文件系统)、RTP(流媒体)等
一般语音和视频童话都是使用UDP通信的。
1.2.2 网络编程接口socket
Socket作用:提供不同主机上的进程之间的通信;
Socket特点:
- socket也称”套接字“;
- 是一种文件描述符,代表了一个通信管道的一个端点;
- 类似对文件的操作一样,可以使用read、write、close等函数对socket套接字进行网络数据的收取和发送等操作;
- 得到socket套接字(描述符)的方法调用socket()。
socket分类:
SOCK_STREAM, 流式套接字,用于TCP;
SOCK_DGRAM, 数据报套接字,用于UDP;
SOCK_RAW, 原始套接字,对于其他层次的协议操作时需要使用这个类型
1.2.3 UDP编程C/S架构
UDP网络编程流程:
服务器:
创建套接字socket();
将服务器的ip地址、端口号与套接字进行绑定;
接收数据recvfrom()
发送数据sendto()
客户端:
创建套接字socket()
发送数据sendto()
接收数据recvfrom()
关闭套接字close()
1.2.4 UDP编程—创建套接字
1.2.4.1 创建套接字
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
功能:
创建一个套接字,返回一个文件描述符;
参数:
domain:通信域,协议族;
AF_UNIX 本地通信
AF_INET ipv4网络协议
AF_INET6 ipv6网络协议
AF_PACKET 底层接口
type: 套接字的类型
SOCKET_STREAM 流式套接字(TCP)
SOCKET_DGRAM 数据报套接字(UDP)
SOCKET_RAW 原始套接字(用于链路层)
特点:
创建套接字时,系统不会分配端口
创建的套接字默认属性是主动的,即主动发起服务的请求,当作为服务器时,往往需要修改为被动的。
1.2.4.2 创建UDP套接字demo
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types>
int main(int argc, char const *argv[]){
//使用socket函数创建套接字
//创建一个用于UDP网络编程的套接字
int sockfd = 0;
sockfd = socket(AF_INET,SOCKE_DGRAM,0);
if(sockfd < 0){
perror("socket");
exit(-1);
}
printf("sockfd = %d\n",sockfd);//任何一个进程在开启或创建的时候会分配三个文件描述符(0,1,2)
}
1.2.5 UDP编程—发送、绑定、接收数据
1.2.5.1 ipv4套接字地址结构
在网络编程中经常使用的结构体
#include <netinet/in.h>
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr; // 4字节
}
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sinfamily; //2字节;
in_port_t sin_port; //2字节;
struct in_addr sin_addr; //4字节;
char sin_zero[8] //8字节
}
为了使不同格式地址能被传入套接字函数,地址须要强制转换成通用套接字地址结构,原因是因为不同场合所使用的结构体不一样,但是调用的函数却是同一个,所以定义一个通用结构体,当在指定场合使用时,在根据要求传入指定的结构体即可。
通用结构体sockaddr
头文件#include <netinet/in.h>
struct sockaddr
{
sa_family_t sa_family; //2字节
char sa_data[14] //14字节
}
//注意,以上3个结构在Linux系统中已经定义
1.2.5.2 两种地址结构使用场合
在定义源地址和目的地址结构的时候,选用struct sockaddr_in;
例:
struct sockaddr_in my_addr;
当调用编程接口函数,且该函数需要从传入地址结构时需要用struct sockaddr进行强制转换
例:
bind(sockfd,(struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(my_addr));
1.2.5.3 发送数据—sendto函数
ssize_t sendto(int sockfd,const void *buf,size_t nbytes,int flags,const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
功能:
向to结构体指针中指定的ip,发送UDP数据
参数:
sockfd: 套接字
buf: 发送数据缓存区
nbytes: 发送数据缓存区的大小
flags: 一般为0
to: 指向目的主机地址结构体的指针
addrlen: to指向内容的长度
注意:
通过to和addrlen确定目的地址
可以发送0长度的UDP数据包
返回值:
成功:发送数据的字符数
失败:-1
1.2.5.4 向“网络调试助手”发送消息
设置网络调试助手(在windows下运行的软件)中的属性
注意:ip地址不能随意设置,必须是当前windows的ip地址
ubuntu下客户段的代码编写:
#include <stdio.h> //printf
#include <stdlib.h> //exit
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //socket
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <arpa/inet.h> //htons inet_addr
#include <unisted.h> //close
#include <string.h>
int main()
{
int sockfd;
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) == -1)
{
perrpr("fail to socket");
exit(1);
}
printf("sockfd = %d",sockfd);
//第二步:填充服务器网络信息结构体 sockaddr_in(一般不需要,系统会自动分配)
struct sockaddr_in severaddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET; //协议族 AF_INET:ipv4网络协议
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.78"); //ip地址
serveraddr.sin_port = htons(8080);
socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr)
//第三步:发送数据
char buf[128] = "";
while(1)
{
fgets(buf,128,stdin);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0'; //把buf字符串中的\n转化为\0
if(sendto(sockfd,buf,N,0,(struct sockaddr *)&serveraddr,addrlen));
{
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
}
//第四步:关闭套接字文件描述符
close(socketfd);
return 0;
}
1.2.5.5 绑定bind函数
UDP网络程序想要收取数据需要什么条件?
确定的ip地址
确定的port
怎么完成上面的条件呢?
接收端:使用bind函数,来完成地址结构与socket套接字的绑定,这样ip、port就固定了;
发送端:在sendto函数中指定接收端的ip、port,就可以发送数据了。
由于服务器是被动的,客户端是主动的,所以一般先运行服务器,后运行客户端,所以服务器需要固定自己的信息(ip地址和端口号),这样客户端才可以找到服务器并与之通信,但是客户端一般不需要bind绑定,因为系统会自动给客户端分配ip地址和端口号。
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr,socklen_t addrlen);
功能:
将本地协议地址与sockfd绑定
参数:
sockfd: 文件描述符,socket的返回值
addr: 网络信息结构体
通用结构体(一般不用)
struct sockaddr
网络信息结构体 sockaddr_in
#include<netinet/in.h>
struct sockaddr_in
addrlen: addr的长度
返回值:
成功:0
失败:-1
示例:
#include <stdio.h> //printf
#include <stdlib.h> //exit
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //socket
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <arpa/inet.h> //htons inet_addr
#include <unisted.h> //close
#include <string.h>
int main(int argc, char **argv)
{
if(argc < 3){
fprintf(stderr,"Useage: %s ip port\n",argv[0]);
exit(1);
}
//第一步:创建套接字
int sockfd;
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))== -1)
{
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//第二步:将服务器的网络信息结构绑定前进行填充
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(agrv[1]);
serveraddr.sinport = htons(atoi(argv[2]));
//第三步:将网络信息结构体与套接字绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))==-1){
perror("fail to bind");
exit(1);
}
return 0;
}
1.2.5.6 接收数据—recvfrom函数
ssize_t recvfrom(int sockfd,void *buf,size_t nbytes,int flags, struct sockaddr *from,socklen_t *addrlen);
功能:
接收UDP数据,并将源地址信息保存在from指向的结构中
参数:
sockfd: 套接字
buf: 接收数据缓冲区
nbytes: 接收数据缓冲区的大小
flags: 套接字标志(常为0)
0 阻塞
MSG_DONTWAIT 非阻塞
from: 源地址结构体指针,用来保存数据的来源
addrlen: from所指内容的长度
注意:
通过from和addrlen参数存放数据来源信息
from和addrlen可以为NULL,表示不保存数据来源
返回值:
成功:接收到的字符数
失败:-1
1.2.5.7 接收“网络调试助手”的数据
此时网络调试助手作为客户端,ubuntu的程序作为服务器
设置客户端(网络调试助手)
设置服务器(ubuntu程序)
#include <stdio.h> //printf
#include <stdlib.h> //exit
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //socket
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <arpa/inet.h> //htons inet_addr
#include <unisted.h> //close
#include <string.h>
int main(int argc, char **argv)
{
if(argc < 3){
fprintf(stderr,"Useage: %s ip port\n",argv[0]);
exit(1);
}
//第一步:创建套接字
int sockfd;
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))== -1)
{
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//第二步:将服务器的网络信息结构绑定前进行填充
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(agrv[1]); //192.168.3.103
serveraddr.sinport = htons(atoi(argv[2])); //9999
//第三步:将网络信息结构体与套接字绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))==-1){
perror("fail to bind");
exit(1);
}
//接收数据
char buf[128] = "";
struct sockaddr_in clientaddr;
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);
while(1){
if(recvfrom(sockfd,128,0,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrlen) == -1){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
}
//打印数据
//打印客户端的ip地址和端口号
printf("ip:%s,port:%d\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port));
//打印接收到数据
printf("from client:%s\n",buf);
return 0;
}
1.2.6 UDP编程—client、server
其中在网络编程开发中client和server双方既可以有发送数据还可以接收数据;一般认为提供服务的一方为server,而接受服务的另一方为client。
1.2.6.1 C/S架构回顾
1.2.6.2 UDP客户端注意点
1.本地IP、本地端口(我是谁)
2.目的IP、目的端口(发给谁)
3.在客户端的代码中,我们只设置了目的IP、目的端口
客户端的本地ip、本地port是我们调用sendto的时候linux系统底层自动给客户端分配的;分配端口的方式为随机分配,即每次运行系统给的port不一样
//UDP客户端的实现
#include <stdio.h> //printf
#include <stdlib.h> //exit
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //socket
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <arpa/inet.h> //htons inet_addr
#include <unisted.h> //close
#include <string.h>
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc < 3){
fprintf(stderr,"Usage: %s <ip> <port>\n",agrv[0]);
exit(1);
}
int sockfd; //文件描述符
struct sockaddr_in serveraddr; //服务器网络信息结构体
socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
//第一步:创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//客户端自己指定自己的ip地址和端口号,一般不需要,系统会自动分配
struct sockaddr_in clientaddr;
clientaddr.sin_family = AF_INET;
clientaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[3]); //客户端的ip地址
clientaddr.sin_port = htons(atoi(argv[4])); //客户端的端口号
//第二步:填充服务器网络信息结构体
//inet_addr:将点分十进制字符串ip地址转换为整型数据
//htons:将主机字节序转化为网络字节序
//atoi:将数字型字符串转化为整型数据
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
//第三步:进行通信
char buf[32] = "";
while(1){
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
if(sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr)))
{
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
char text[32] = "";
if(recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&serveraddr,&addrlen) == -1){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
printf("from server:%s\n",text);
}
//第四步:关闭文件描述符
close(sockfd);
return 0;
}
1.2.6.3 UDP服务器注意点
1.服务器之所以要bind是因为它的本地port需要是固定的,而不是随机的
2.服务器也可以主动地给客户端发送数据
3.客户端也可以用bind,这样客户端的本地端口就是固定的了,但一般不这样做。
//UDP服务器的实现
#include <stdio.h> //printf
#include <stdlib.h> //exit
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //socket
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <arpa/inet.h> //htons inet_addr
#include <unisted.h> //close
#include <string.h>
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc < 3){
fprintf(stderr,"Usage: %s <ip> <port>\n",agrv[0]);
exit(1);
}
int sockfd; //文件描述符
struct sockaddr_in serveraddr; //服务器网络信息结构体
socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
//第一步:创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//第二步:填充服务器网络信息结构体
//inet_addr:将点分十进制字符串ip地址转换为整型数据
//htons:将主机字节序转化为网络字节序
//atoi:将数字型字符串转化为整型数据
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
//第三步:将套接字与服务器网络信息结构体绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) < 0){
perror("fail to bind");
exit(1);
}
while(1){
//第四步:进行通信
char text[32] = "";
struct sockaddr_in clientaddr;
if(recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrlen) == -1){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
printf("[%s - %d]: %s\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr),ntohs(clientaddr.sin_port),text);
strcat(text,"*_*");
if(sendto(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&clientaddr,addrlen)){
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
}
//第四步:关闭文件描述符
close(sockfd);
return 0;
}
执行结果:
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