错新网电讯 Linux系统的一个主要特点是他的网络功能非常强大。随着网络的日益普及，基于网络的应用也将越来越多。在这个网络时代，掌握了Linux的网络编程技术，将令每一个人处于不败之地，学习Linux的网络编程，可以让我们真正的体会到网络的魅力。想成为一位真正的hacker，必须掌握网络编程技术。
现在书店里面已经有了许多关于Linux网络编程方面的书籍，网络上也有了许多关于网络编程方面的教材，大家都可以去看一看的。在这里我会和大家一起来领会Linux网络编程的奥妙，由于我学习Linux的网络编程也开始不久，所以我下面所说的肯定会有错误的，还请大家指点出来，在这里我先谢谢大家了。
从现在开始我会尽可能的详细的说明每一个函数及其用法。好了让我们去领会Linux的伟大的魅力吧！
1. Linux网络知识介绍
1.1 客户端程序和服务端程序
网络程序和普通的程序有一个最大的区别是网络程序是由两个部分组成的--客户端和服务器端.
网络程序是先有服务器程序启动,等待客户端的程序运行并建立连接.一般的来说是服务端的程序在一个端口上监听,直到有一个客户端的程序发来了请求.
1.2 常用的命令
由于网络程序是有两个部分组成,所以在调试的时候比较麻烦,为此我们有必要知道一些常用的网络命令
netstat
命令netstat是用来显示网络的连接,路由表和接口统计等网络的信息.netstat有许多的选项我们常用的选项是-an 用来显示详细的网络状态.至于其它的选项我们可以使用帮助手册获得详细的情况.
telnet
telnet是一个用来远程控制的程序,但是我们完全可以用这个程序来调试我们的服务端程序的. 比如我们的服务器程序在监听8888端口,我们可以用telnet localhost 8888来查看服务端的状况.
1.3 TCP/UDP介绍
TCP(Transfer Control Protocol)传输控制协议是一种面向连接的协议,当我们的网络程序使用这个协议的时候,网络可以保证我们的客户端和服务端的连接是可靠的,安全的.
UDP(User Datagram Protocol)用户数据报协议是一种非面向连接的协议,这种协议并不能保证我们的网络程序的连接是可靠的,所以我们现在编写的程序一般是采用TCP协议的
2. 初等网络函数介绍（TCP）
Linux系统是通过提供套接字(socket)来进行网络编程的.网络程序通过socket和其它几个函数的调用,会返回一个通讯的文件描述符,我们可以将这个描述符看成普通的文件的描述符来操作,这就是linux的设备无关性的好处.我们可以通过向描述符读写操作实
现网络之间的数据交流.
2.1 socket
int socket(int domain, int type,int protocol)
domain:说明我们网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX和AF_INET等). AF_UNIX只能够用于单一的Unix系统进程间通信,而AF_INET是针对Internet的,因而可以允许在远程主机之间通信(当我们man socket时发现domain可选项是PF_*而不是AF_*,因为glibc是posix的实现所以用PF代替了AF,不过我们都可以使用的).
type:我们网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等) SOCK_STREAM表明我们用的是TCP协议,这样会提供按顺序的,可靠,双向,面向连接的比特流. SOCK_DGRAM 表明我们用的是UDP协议,这样只会提供定长的,不可靠,无连接的通信.
protocol:由于我们指定了type,所以这个地方我们一般只要用0来代替就可以了sock
et为网络通讯做基本的准备.成功时返回文件描述符,失败时返回-1,看errno可知道出错的详细情况.
2.2 bind
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)
sockfd:是由socket调用返回的文件描述符.
addrlen:是sockaddr结构的长度.
my_addr:是一个指向sockaddr的指针. 在<linux/socket.h>中有sockaddr的定义
struct sockaddr{
unisgned short as_family;
char sa_data[14];
};
不过由于系统的兼容性,我们一般不用这个头文件,而使用另外一个结构(struct sock
addr_in) 来代替.在<linux/in.h>中有sockaddr_in的定义
struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family;
unsigned short int sin_port;
struct in_addr sin_addr;
unsigned char sin_zero[8];
我们主要使用Internet所以sin_family一般为AF_INET,sin_addr设置为INADDR_ANY表示可以和任何的主机通信,sin_port是我们要监听的端口号.sin_zero[8]是用来填充的.. bind将本地的端口同socket返回的文件描述符捆绑在一起.成功是返回0,失败的情况和
socket一样
2.3 listen
int listen(int sockfd,int backlog)
sockfd:是bind后的文件描述符.
backlog:设置请求排队的最大长度.当有多个客户端程序和服务端相连时, 使用这个表示可以介绍的排队长度. listen函数将bind的文件描述符变为监听套接字.返回的情况和bind一样.
2.4 accept
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)
sockfd:是listen后的文件描述符. addr,addrlen是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了. bind,li
sten和accept是服务器端用的函数,accept调用时,服务器端的程序会一直阻塞到有一个客户程序发出了连接. accept成功时返回最后的服务器端的文件描述符,这个时候服务器端可以向该描述符写信息了. 失败时返回-1
2.5 connect
int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)
sockfd:socket返回的文件描述符.
serv_addr:储存了服务器端的连接信息.其中sin_add是服务端的地址
addrlen:serv_addr的长度
connect函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回0,sockfd是同服务端通讯的文件描述符失败时返回-1.
2.6 实例
服务器端程序
/******* 服务器程序(server.c) ************/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd,new_fd;struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
int sin_size,portnumber;
char hello[]="Hello! Are You Fine?\n";
if(argc!=2)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((portnumber=atoi(argv[1]))<0)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);
exit(1);
}
/* 服务器端开始建立socket描述符*/
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 服务器端填充sockaddr结构*/
bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port=htons(portnumber);
/* 捆绑sockfd描述符*/
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==
-1)
{
fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 监听sockfd描述符*/
if(listen(sockfd,5)==-1)
{
fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
while(1)
{
/* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接*/
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size
))==-1)
{
fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",
inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1)
{
fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 这个通讯已经结束*/
close(new_fd);
/* 循环下一个*/
}
close(sockfd);
exit(0);
}
客户端程序
/******* 客户端程序client.c ************/
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd;
char buffer[1024];
struct sockaddr_in server_addr;
struct hostent *host;
int portnumber,nbytes;
if(argc!=3)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumber\a\n",argv[0]);
exit(1);
}
if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)
{
fprintf(stderr,"Gethostname error\n");
exit(1);
}
if((portnumber=atoi(argv[2]))<0)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumber\a\n",argv[0]);
exit(1);
}
/* 客户程序开始建立sockfd描述符*/
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 客户程序填充服务端的资料*/
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons(portnumber);
server_addr.sin_addr=*((struct in_addr *)host->h_addr);
/* 客户程序发起连接请求*/
if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)
)==-1)
{
fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 连接成功了*/
if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1)
{
fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno));
exit(1);
}
buffer[nbytes]='\0';
printf("I have received:%s\n",buffer);
/* 结束通讯*/
close(sockfd);
exit(0);
}
MakeFile
这里我们使用GNU 的make实用程序来编译. 关于make的详细说明见Make 使用介绍
######### Makefile ###########
all:server client
server:server.c
gcc $^ -o $@
client:client.c
gcc $^ -o $@
运行make后会产生两个程序server(服务器端)和client(客户端) 先运行./server port number& (portnumber随便取一个大于1204且不在/etc/services中出现的号码就用8888好了),然后运行./client localhost 8888 看看有什么结果. (你也可以用telnet和netstat试一试.) 上面是一个最简单的网络程序,不过是不是也有点烦.上面有许多函数我们还没有解释.
2.7 总结
总的来说网络程序是由两个部分组成的--客户端和服务器端.它们的建立步骤一般是:
服务器端
socket-->bind-->listen-->accept
客户端
socket-->connect
3. 服务器和客户机的信息函数
3.1 字节转换函数
在网络上面有着许多类型的机器,这些机器在表示数据的字节顺序是不同的, 比如i386芯片是低字节在内存地址的低端,高字节在高端,而alpha芯片却相反. 为了统一起来,在Linux下面,有专门的字节转换函数.
unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong)
unsigned short int htons(unisgned short int hostshort)
unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong)
unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort)
在这四个转换函数中,h 代表host, n 代表network.s 代表short l 代表long 第一个函数的意义是将本机器上的long数据转化为网络上的long. 其他几个函数的意义也差不多
3.2 IP和域名的转换
在网络上标志一台机器可以用IP或者是用域名.那么我们怎么去进行转换呢?
struct hostent *gethostbyname(const char *hostname)
struct hostent *gethostbyaddr(const char *addr,int len,int type)
在<netdb.h>中有struct hostent的定义
struct hostent{
char *h_name; /* 主机的正式名称*/
char *h_aliases; /* 主机的别名*/
int h_addrtype; /* 主机的地址类型AF_INET*/
int h_length; /* 主机的地址长度对于IP4 是4字节32位*/
char **h_addr_list; /* 主机的IP地址列表*/
}
#define h_addr h_addr_list[0] /* 主机的第一个IP地址*/
gethostbyname可以将机器名(如linux.yessun.com)转换为一个结构指针.在这个结构里面储存了域名的信息
gethostbyaddr可以将一个32位的IP地址(C0A80001)转换为结构指针.
这两个函数失败时返回NULL 且设置h_errno错误变量,调用h_strerror()可以得到详细的出错信息
3.3 字符串的IP和32位的IP转换.
在网络上面我们用的IP都是数字加点(192.168.0.1)构成的, 而在struct in_addr结构中用的是32位的IP, 我们上面那个32位IP(C0A80001)是的192.168.0.1 为了转换我们可以使用下面两个函数
int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp)
char *inet_ntoa(struct in_addr in)
函数里面a 代表ascii n 代表network.第一个函数表示将a.b.c.d的IP转换为32位的IP,存储在inp指针里面.第二个是将32位IP转换为a.b.c.d的格式.
3.4 服务信息函数
在网络程序里面我们有时候需要知道端口.IP和服务信息.这个时候我们可以使用以下几个函数
int getsockname(int sockfd,struct sockaddr *localaddr,int *addrlen)
int getpeername(int sockfd,struct sockaddr *peeraddr, int *addrlen)
struct servent *getservbyname(const char *servname,const char *protoname)
struct servent *getservbyport(int port,const char *protoname)
struct servent
{
char *s_name; /* 正式服务名*/
char **s_aliases; /* 别名列表*/
int s_port; /* 端口号*/
char *s_proto; /* 使用的协议*/
}
一般我们很少用这几个函数.对应客户端,当我们要得到连接的端口号时在connect调用成功后使用可得到系统分配的端口号.对于服务端,我们用INADDR_ANY填充后,为了得到连接的IP我们可以在accept调用成功后使用而得到IP地址.
在网络上有许多的默认端口和服务,比如端口21对ftp80对应为了得到指定的端口号的服务我们可以调用第四个函数,相反为了得到端口号可以调用第三个函数.
3.5 一个例子
#include <netdb.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main(int argc ,char **argv)
{
struct sockaddr_in addr;
struct hostent *host;
char **alias;
if(argc<2)
{
fprintf(stderr,"Usage:%s hostname|ip..\n\a",argv[0]);
exit(1);
}
argv++;
for(;*argv!=NULL;argv++)
{
/* 这里我们假设是IP*/
if(inet_aton(*argv,&addr.sin_addr)!=0)
{
host=gethostbyaddr((char *)&addr.sin_addr,4,AF_INET);
printf("Address information of Ip %s\n",*argv);
}
else
{
/* 失败,难道是域名?*/
host=gethostbyname(*argv); printf("Address information
of host %s\n",*argv);
}
if(host==NULL)
{
/* 都不是,算了不找了*/
fprintf(stderr,"No address information of %s\n",*arg
v);
continue;
}
printf("Official host name %s\n",host->h_name);
printf("Name aliases:");
for(alias=host->h_aliases;*alias!=NULL;alias++)
printf("%s ,",*alias);
printf("\nIp address:");
for(alias=host->h_addr_list;*alias!=NULL;alias++)
printf("%s ,",inet_ntoa(*(struct in_addr *)(*alias)));
}
}
在这个例子里面,为了判断用户输入的是IP还是域名我们调用了两个函数,第一次我们假设输入的是IP所以调用inet_aton, 失败的时候,再调用gethostbyname而得到信息.
