嵌入式Linux学习笔记（7）-Socket网络编程

server/2024/12/23 0:54:13/

一、什么是Socket网络编程

        Socket是一种抽象的编程接口，可以用于在不同主机之间进行数据通信。Socket API提供了一系列函数来创建、连接、发送和接收数据等操作。嵌入式 Linux 系统中的 Socket 网络编程是指在嵌入式系统中使用 Socket API 进行网络通信。

        Socket 网络编程可以实现各种网络通信功能，如 TCP/IP 通信和 UDP 通信。

二、TCP 与 UDP

        TCP是一种面向连接的协议，它提供可靠的数据传输。它通过建立一个连接，将数据分为多个小的数据包，并保证它们按顺序传输到目标节点。如果有数据包丢失或损坏，TCP会进行重传，确保所有数据包都被传输，并且按顺序重新组装。TCP还提供了流量控制和拥塞控制的机制，以确保网络稳定和高效。 TCP适用于需要可靠传输、顺序传输和流量控制的应用程序，如网页浏览、文件传输和电子邮件等。

        UDP是一种无连接的协议，它提供不可靠的数据传输。UDP将数据分成小的数据包，并将它们发送到目标节点，但不保证它们按顺序送达。UDP不进行重传，也不提供流量控制和拥塞控制。因此，UDP的传输速度相对较快，但在不可靠的网络环境下可能会有数据丢失或乱序。UDP适用于对实时性要求较高，但对数据可靠性要求不高的应用程序，如视频流传输、语音通话和在线游戏等。

TCP/IP通信流程：

        TCP/IP通信通过三次握手建立连接，四次挥手关闭连接。

    1. 客户端向服务器发起连接请求，使用传输控制协议(TCP)的三次握手握手建立连接。

    2. 服务器接收到连接请求后，回复一个确认信息给客户端，进行第二次握手。

    3. 客户端接收到确认信息后，再次向服务器发送一个确认信息，进行第三次握手。

    4. 服务器接收到确认信息后，连接建立成功，开始进行数据传输。

    5. 客户端将需要传输的数据分成较小的数据包，并为每个数据包分配一个序列号，并将数据包传输给服务器。

    6. 服务器接收到数据包后，发送一个确认信息给客户端，表示已经接收到数据。

    7. 客户端接收到确认信息后，再次向服务器发送下一个数据包。

    8. 服务器不断接收和发送数据包，直到所有数据传输完成。

    9. 数据传输完成后，客户端发送一个连接释放请求给服务器，并等待服务器回复，进行第一次挥手。

    10. 服务器接收到连接释放请求后，发送一个确认信息给客户端，表示同意释放连接，进行第二次挥手。

    11. 客户端接收到确认信息后，不可以再向服务端发送消息，但仍可以接收服务端发送的消息。

    12. 服务端如果没有要发送的消息，此时发送一个连接释放请求给客户端，并等待客户端回复，进行第三次挥手。

    13. 客户端接收到连接释放请求后，发送一个确认信息给服务端，表示同意释放连接，进行第四次挥手。此时客户端关闭。

    14. 服务端接收到确认信息后关闭。

UDP通信流程：

        UDP通信不需要建立连接和释放连接。

    1. 客户端将需要传输的数据打包成数据报，并指定目标主机的IP地址和端口号。

    2. 客户端将数据报发送给目标主机。

    3. 服务器接收到数据报后，根据目标端口号对数据进行处理。

    4. 服务器根据需要向客户端发送响应数据报。

    5. 客户端接收到服务器的响应数据报后，进行相应的处理。

    6. 数据传输完成后，连接自动关闭，不需要进行连接释放。

三、相关函数

        在C语言中提供了一系列的函数来创建、连接、发送和接收网络数据。下面是一些常见的Socket网络编程相关函数和它们的用法：

1、TCP 相关函数

        socket()函数：创建一个新的Socket，并返回一个文件描述符。它接受三个参数：地址域（AF_INET表示IPv4）、类型（SOCK_STREAM表示TCP）和协议（0表示根据类型自动选择协议）。示例用法：

int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

        bind()函数：将Socket绑定到一个特定的本地地址和端口。它接受三个参数：Socket文件描述符、指向本地地址结构的指针和本地地址结构的大小。示例用法：

struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(PORT);
addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));

        listen()函数：将Socket设置为监听状态，等待连接请求。它接受两个参数：Socket文件描述符和最大连接数。示例用法：

listen(sockfd, BACKLOG);

        accept()函数：接受客户端的连接请求，并返回一个新的Socket文件描述符，用于后续的数据传输。它接受三个参数：Socket文件描述符、指向客户端地址结构的指针和客户端地址结构的大小。示例用法：

int new_sockfd;
new_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &addrlen);

        connect()函数：与远程服务器建立连接。它接受三个参数：Socket文件描述符、指向远程地址结构的指针和远程地址结构的大小。示例用法：

struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(PORT);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &(serv_addr.sin_addr));
connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

        send()函数：发送数据到连接的Socket。它接受四个参数：Socket文件描述符、指向数据的指针、数据的大小和附加参数。示例用法：

char message[] = "Hello, World!";
send(sockfd, message, strlen(message), 0);

        recv()函数：从连接的Socket接收数据。它接受四个参数：Socket文件描述符、指向接收缓冲区的指针、缓冲区的大小和附加参数。示例用法：

char buffer[MAX_BUFFER_SIZE];
int bytes_received = recv(sockfd, buffer, MAX_BUFFER_SIZE - 1, 0);

        close()函数：关闭Socket连接。它接受一个参数：Socket文件描述符。示例用法：

close(sockfd);

2、UDP相关函数

        UDP 其余函数与 TCP 相同，只是发送和接收函数略有不同。

        sendto()函数：向指定的目标地址发送数据。它接受六个参数：套接字文件描述符、数据缓冲区、数据大小、附加参数（通常为0）、目标地址结构的指针和目标地址结构的大小。

char message[] = "Hello, World!";
struct sockaddr_in client_addr;
client_addr.sin_family = AF_INET;
client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
client_addr.sin_port = htons(PORT);sendto(sockfd, message, strlen(message), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr));

        recvfrom()函数：从指定的源地址接收数据。它接受六个参数：套接字文件描述符、接收缓冲区、缓冲区大小、附加参数（通常为0）、源地址结构的指针和源地址结构的大小。

char buffer[1024];
struct sockaddr_in client_addr;
int addr_len = sizeof(client_addr);recvfrom(sockfd, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &addr_len);

        注意：UDP是无连接的，所以在发送数据时不需要先建立连接。发送数据时，可以指定目标地址，也可以不指定（这时可以直接使用send()函数）。接收数据时，可以获取到数据的源地址。

四、基于TCP的Socket通信

1、通信流程

服务器端（server）的流程大致如下：

  1. 创建Socket：使用socket()函数创建一个Socket，并指定协议族和Socket类型。

  2. 绑定Socket：使用bind()函数将Socket与特定的IP地址和端口号绑定。

  3. 监听连接：使用listen()函数将Socket设置为监听状态。

  4. 接受连接：使用accept()函数接受客户端的连接请求，并创建一个新的Socket用于与客户端通信。

  5. 与客户端通信：使用send()函数向客户端发送数据，使用recv()函数从客户端接收数据。

  6. 关闭连接：使用close()函数关闭Socket连接。

客户端（client）的流程大致如下：

  1. 创建Socket：使用socket()函数创建一个Socket，并指定协议族和Socket类型。

  2. 连接服务器：使用connect()函数与服务器建立连接。

  3. 与服务器通信：使用send()函数向服务器发送数据，使用recv()函数从服务器接收数据。

  4. 关闭连接：使用close()函数关闭Socket连接。​

 2、编写实例

        server.c

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>#include <unistd.h>
#define handle_error(cmd, result) \if (result < 0)               \{                             \perror(cmd);              \return -1;                \}void *read_from_client(void *argv){// 使用recv接收客户端发送的数据打印到控制台char *read_buf = NULL;int client_fd = *(int *)argv;read_buf = malloc(sizeof(char*) * 1024);ssize_t count = 0;if (!read_buf){perror("malloc server read_buf");return NULL;}//接收数据  只要能接收到数据 一直挂起while(count = recv(client_fd,read_buf,1024,0)){if (count < 0){perror("malloc server read_buf");return NULL;}fputs(read_buf,stdout);}printf("客户端请求关闭\n");free(read_buf);return NULL;}void *write_from_client(void *argv){// 接受控制台输入的消息 发送出去char *write_buf = NULL;int client_fd = *(int *)argv;write_buf = malloc(sizeof(char*) * 1024);ssize_t count = 0;if (!write_buf){perror("malloc server write_buf");return NULL;}while(fgets(write_buf,1024,stdin) != NULL){//发送数据count = send(client_fd,write_buf,1024,0);if (count < 0){perror("send");return NULL;}}printf("接收到关闭请求，不再写入，关闭连接\n");// 可以具体关闭某一端shutdown(client_fd,SHUT_WR);free(write_buf);return NULL;}int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd,clientfd,temp_result;pthread_t pid_read,pid_write;// 创建服务器地址和客户端地址struct sockaddr_in server_addr,client_addr;// 清空memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));memset(&client_addr,0,sizeof(client_addr));// 填写服务端地址server_addr.sin_family = AF_INET;//协议// 填写ip地址 0.0.0.0server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&server_addr.sin_addr);// 填写端口号server_addr.sin_port = htons(6666);// 网络编程流程// 1. socketsockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//IPV4,TCPhandle_error("socket",sockfd);// 2. 绑定地址temp_result = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr));handle_error("bind",temp_result);// 3. 进入监听状态temp_result = listen(sockfd,128);handle_error("listen",temp_result);// 4. 获取客户端连接socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);// 返回的 clienfd 才是能够和客户端收发消息的文件描述符clientfd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client_addr,&client_addr_len);// 如果没有客户端连接会挂起等待handle_error("accpet",clientfd);printf("与客户端%s %d 建立连接，文件描述符是 %d\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),ntohs(client_addr.sin_port),clientfd);// 创建线程用于收消息pthread_create(&pid_read,NULL,read_from_client,(void *)&clientfd);// 创建线程用于发消息pthread_create(&pid_write,NULL,write_from_client,(void *)&clientfd);// 阻塞主线程pthread_join(pid_read,NULL);pthread_join(pid_write,NULL);// 释放资源printf("释放资源\n");close(clientfd);close(sockfd);return 0;
}

        client.c

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>#include <unistd.h>
#define handle_error(cmd, result) \if (result < 0)               \{                             \perror(cmd);              \return -1;                \}void *read_from_server(void *argv){// 使用recv接收客户端发送的数据打印到控制台char *read_buf = NULL;int client_fd = *(int *)argv;read_buf = malloc(sizeof(char*) * 1024);ssize_t count = 0;if (!read_buf){perror("malloc server read_buf");return NULL;}//接收数据  只要能接收到数据 一直挂起while(count = recv(client_fd,read_buf,1024,0)){if (count < 0){perror("malloc server read_buf");return NULL;}fputs(read_buf,stdout);}printf("服务端请求关闭\n");free(read_buf);return NULL;}void *write_from_server(void *argv){// 接受控制台输入的消息 发送出去char *write_buf = NULL;int client_fd = *(int *)argv;write_buf = malloc(sizeof(char*) * 1024);ssize_t count = 0;if (!write_buf){perror("malloc server write_buf");return NULL;}while(fgets(write_buf,1024,stdin) != NULL){//发送数据count = send(client_fd,write_buf,1024,0);if (count < 0){perror("send");return NULL;}}printf("接收到关闭请求，不再写入，关闭连接\n");// 可以具体关闭某一端shutdown(client_fd,SHUT_WR);free(write_buf);return NULL;}int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd,temp_result;pthread_t pid_read,pid_write;// 创建服务器地址和客户端地址struct sockaddr_in server_addr,client_addr;// 清空memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));memset(&client_addr,0,sizeof(client_addr));// 填写客户端地址client_addr.sin_family = AF_INET;//协议// 填写ip地址 192.168.1.195inet_pton(AF_INET,"192.168.1.195",&client_addr.sin_addr);// 填写端口号client_addr.sin_port = htons(8888);// 填写服务端地址server_addr.sin_family = AF_INET;//协议// 填写ip地址 0.0.0.0/127.0.0.1inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&server_addr.sin_addr);// 填写端口号server_addr.sin_port = htons(6666);// 客户端网络编程流程// 1. 创建socketsockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);handle_error("socket",sockfd);// 2. 绑定temp_result = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&client_addr,sizeof(client_addr));handle_error("bind",temp_result);// 3. 主动连接服务端temp_result = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr));handle_error("connect",temp_result);printf("连接上服务器%s %d\n",inet_ntoa(server_addr.sin_addr),ntohs(server_addr.sin_port));// 创建线程用于收消息pthread_create(&pid_read,NULL,read_from_server,(void *)&sockfd);// 创建线程用于发消息pthread_create(&pid_write,NULL,write_from_server,(void *)&sockfd);// 阻塞主线程pthread_join(pid_read,NULL);pthread_join(pid_write,NULL);// 释放资源printf("释放资源\n");close(sockfd);return 0;
}

五、基于UDP的Socket通信

1、通信流程

客户端（client）的流程大致如下：

        创建Socket：使用socket()函数创建一个Socket，并指定协议族和Socket类型。

        发送数据：使用sendto()函数将要发送的数据以及服务器的IP地址和端口号发送给服务器。

        接收数据：使用recvfrom()函数从服务器接收数据。

        关闭Socket：使用close()函数关闭Socket连接。

服务器端（server）的流程大致如下：

        创建Socket：使用socket()函数创建一个Socket，并指定协议族和Socket类型。

        绑定Socket：使用bind()函数将Socket与特定的IP地址和端口号绑定。

        接收数据：使用recvfrom()函数从客户端接收数据。

        处理数据：服务器对接收到的数据进行处理，可以根据需要进行相应的操作。

        发送数据：使用sendto()函数将处理后的数据发送给客户端。

        关闭Socket：使用close()函数关闭Socket连接。

​

2、编写实例

        server.c

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>#define handle_error(cmd, result) \if (result < 0)               \{                             \perror(cmd);              \return -1;                \}int main(int argc, char const *argv[])
{// 使用UDP协议完成客户端与服务端的通信// EOF作为关闭的信号int sockfd,temp_result;char *buf = malloc(sizeof(char) * 1024);// 创建服务器地址和客户端地址struct sockaddr_in server_addr,client_addr;// 清空memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));memset(&client_addr,0,sizeof(client_addr));// 填写服务端地址server_addr.sin_family = AF_INET;//协议// 填写ip地址 0.0.0.0server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&server_addr.sin_addr);// 填写端口号server_addr.sin_port = htons(6666);// UDP编程流程// 1. socketsockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//IPV4,TCPhandle_error("socket",sockfd);// 2. 服务端绑定地址socklen_t server_len = sizeof(server_addr);socklen_t client_len = sizeof(client_addr);temp_result = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&server_addr,server_len);handle_error("bind",temp_result);// 直接收发数据do{// 接收数据存到缓冲memset(buf,0,1024);temp_result = recvfrom(sockfd,buf,1024,0,(struct sockaddr*)&client_addr,&client_len);handle_error("recvfrom",temp_result);if (strncmp(buf,"EOF",3) != 0){printf("接收到客户端%s %d信息: %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),ntohs(client_addr.sin_port),buf);strcpy(buf,"OK");}else{printf("准备关闭\n");}temp_result = sendto(sockfd,buf,4,0,(struct sockaddr*)&client_addr,client_len);handle_error("sendto",temp_result);} while (strncmp(buf,"EOF",3) != 0);free(buf);return 0;
}

        client.c

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>#define handle_error(cmd, result) \if (result < 0)               \{                             \perror(cmd);              \return -1;                \}int main(int argc, char const *argv[])
{// 使用UDP协议完成客户端与服务端的通信// EOF作为关闭的信号int sockfd,temp_result;char *buf = malloc(sizeof(char) * 1024);// 创建服务器地址和客户端地址struct sockaddr_in server_addr,client_addr;// 清空memset(&server_addr,0,sizeof(server_addr));memset(&client_addr,0,sizeof(client_addr));// 填写服务端地址server_addr.sin_family = AF_INET;//协议// 填写ip地址 0.0.0.0server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&server_addr.sin_addr);// 填写端口号server_addr.sin_port = htons(6666);// UDP编程流程// 1. socketsockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//IPV4,TCPhandle_error("socket",sockfd);// 2. 客户端不需要绑定地址socklen_t server_len = sizeof(server_addr);socklen_t client_len = sizeof(client_addr);// temp_result = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&server_addr,server_len);// handle_error("bind",temp_result);// 直接收发数据do{write(STDOUT_FILENO,"Type something you want to send: ", 34);// 从控制台读取信息int buf_len = read(STDIN_FILENO,buf,1023);sendto(sockfd,buf,buf_len,0,(struct sockaddr *)&server_addr,server_len);handle_error("sendto",buf_len);// 清空缓冲区memset(buf,0,1024);temp_result = recvfrom(sockfd,buf,1024,0,NULL,NULL);handle_error("recvfrom",temp_result);if (strncmp(buf,"EOF",3) != 0){printf("接收到服务端%s %d返回的数据: %s\n",inet_ntoa(server_addr.sin_addr),ntohs(server_addr.sin_port),buf);}} while (strncmp(buf,"EOF",3) != 0);free(buf);return 0;
}

http://www.ppmy.cn/server/122754.html

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