1.unix网络编程基础知识

  接触网络编程一年多了,最近在系统的学习vnp两本书,对基础知识作一些总结,但愿理解的更透彻清晰,但愿能有更多的沉淀。编程

1.套接口地址安全

  针对IPv4和IPv6地址族,分别定义了两种类型的套接口地址:sockaddr_in和sockaddr_in6,两种套接口地址结构以下所示: 服务器

/* IPv4地址族套接口地址结构 */ 
struct in_addr {
    in_addr_t s_addr;             /* IPv4地址,网络序存储 */       
} 
struct sockaddr_in {
    uint8_t sin_len;              /* 结构体大小 */
    sa_family_t sin_family;       /* 地址族:AF_INET */ 
    in_port_t sin_port;           /* 16位端口号,网络序存储 */
    struct in_addr sin_addr;      /* IPv4地址,网络序存储 */
    char sin_zero[8]              /* 保留字段,未使用 */ 
};

/* IPv6地址族套接口地址结构 */ 
struct in6_addr {
    uint8_t s6_addr[16];             /* IPv6地址,网络序存储 */       
} 
struct sockaddr_in6 {
    uint8_t sin6_len;              /* 结构体大小 */
    sa_family_t sin6_family;       /* 地址族:AF_INET */ 
    in_port_t sin6_port;           /* 16位端口号,网络序存储 */
    uint32_t sin6_flowinfo         /* 流标记或优先级,网络序存储 */
    struct in6_addr sin6_addr;      /* IPv4地址,网络序存储 */ 
};

这两个套接口地址结构在/netinet/in.h头文件中定义,上面结构体的描述和头文件中的定义有一些差异,好比在头文件中sa_family_t成员经过宏定义在了公共部分,另外表示结构体大小的sin_len和sin6_len成员,在某些实现中没有定义,两种套接口地址结构都定义了地址族类型成员,是自描述的结构。网络

  另外为了使套接口函数可以统一处理全部协议族的套接口地址结构,定义了通用套接口地址:架构

/* 通用套接口地址结构 */
struct sockaddr {
    uint8_t sa_len;                 /* 结构体大小 */
    sa_family_t fa_family;          /* 地址族 */ 
    char sa_data[14];               /* 协议地址 */ 
} 

通用套接口地址结构的用处只有两个:一、用于套接口函数的声明,任何使用套接口地址指针为参数的函数,其指针所有声明为指向通用套接口地址类型。二、类型转换,用于将特定于协议族的地址指针转换为通用地址指针。dom

2.套接口函数socket

  socket建立套接口描述符:tcp

#include <sys/socket.h>
/* 功能:建立套接口描述符-sockfd。 
   参数:一、domain-协议族,经常使用AF_INET、AF_INET六、AF_UNIX或AF_LOCAL等。 
         二、type-套接口类型,经常使用SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 等。 
         三、protocol-协议,通常设置为0,协议有内核根据前两个参数选择。 
   返回值:成功则返回非负描述符,失败返回-1。 
 */
int socket(int domain, int type, int protocol) 

  bind将套接口描述符绑定到特定的套接口地址:函数

#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
/* 功能:将套接口描述符-sockfd绑定到特定的套接口地址。 
   参数:一、sockfd-套接口描述符。 
         二、addr-指向通用套接口地址的指针。 
         三、addrlen-套接口地址结构的大小。 
   返回值:成功则返回0,失败返回-1,并修改errno为相应的值。 
 */
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
         socklen_t addrlen);

  connect将本地描述符链接到套接口地址addr指定的服务端:学习

#include <sys/socket.h>
/* 功能:将本地描述符链接到套接口地址addr指定的服务端。 
   参数:一、sockfd-套接口描述符。 
         二、addr-指向通用套接口地址的指针。 
         三、addrlen-套接口地址结构的大小。 
   返回值:成功则返回0,失败返回-1,并修改errno为相应的值。 
 */
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

  listen将套接口描述符设置为被动链接状态,用于在指定端点进行监听:

#include <sys/socket.h>
/* 功能:将套接口描述符设置为被动等待链接状态,用于在指定端点进行监听。 
   参数:一、sockfd-套接口描述符。 
         二、backlog-未完成链接对了和已完成链接队列的最大值。  
   返回值:成功则返回0,失败返回-1,并修改errno为相应的值。 
 */
int listen(int sockfd, int backlog);

  accept用于服务器端接受客户端的一个链接:

#include <sys/socket.h>
/* 功能:用于服务器端接受客户端的一个链接。 
   参数:一、sockfd-套接口描述符。 
         二、addr-指向通用套接口地址的指针,函数返回时保存了客户端套接口地址信息。 
         三、addrlen-套接口地址结构的大小。 
   返回值:成功则返回一个已链接到客户端的套接口描述符,失败返回-1,并修改errno为相应的值。 
 */
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, 
           socklen_t *addrlen);

 3.字节序转换函数和地址转换函数

#include <arpa/inet.h>
/* 功能:主机序转换成网络序。 
   参数:一、hostlong/hostshort-待转换32位长整形或者16位短整形。  
   返回值:转换成网络序的32位长整形或16为短整形。 
 */
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
/* 功能:网络序转换成主机序。 参数:一、netlong/netshort-待转换32位长整形或者16位短整形。 返回值:转换成主机序的32位长整形或16为短整形。 */ uint32_t ntohl(uint32_t netlong); uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

    备注:多字节类型数据的表示/存储方式分为小端序和大端序。小端序,高位字节存储在高地址内存空间,低位字节存储在低位内存空间,大端序偏偏相反。对于不一样架构的主机序不同,有的架构主机序采用小端字节序,有的架构主机序采用大端架构,另外网络序采用大端字节序当在网络上传输字节流时,不须要考虑字节序的问题,当在网络上传输多字节类型数据时须要考虑字节序问题

    验证本地host字节序的方法:

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int main(void) {
    union {
        short a;
        char c[sizeof(short)];
    } t;
    t.a = 0x0102;
    /* 高位字节存存储于低地址内存,
     * 低位字节序存储于高地址内存  */
    if (1 == t.c[0] && 2 == t.c[1])
        printf("big-endian\n");
    else
        printf("little-endian\n");
    return 0;
}

 

4.多字节操纵函数

  string.h中定义了两组多字节类型操做函数,这两组函数不对待处理的多字节类型数据作任何假设。第一组函数由b开头,起源于4.2BSD,当前几乎全部支持套接口的系统都提供这一组函数。

/* 功能:将s指向大小为n的内存空间初始化为全0。 
   参数:一、s-内存地址。
         二、n-内存大小  
   返回值:无。 
 */
void bzero(void *s, size_t n);
/* 功能:内存拷贝。 
   参数:一、src-源内存地址。
         二、dest-目标内存地址。
         三、n-拷贝内存大小。  
   返回值:无。 
 */
void bcopy(const void *src, void *dest, size_t n);
/* 功能:内存比较。 
   参数:一、s1-内存地址1。
         二、s2-内存地址2。
         三、n-比较的内存大小。  
   返回值:0-表示两块内存数据相同,非0-表示两块内存数据不一样。 
 */
int bcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n);

  第二组函数由mem开头,起源于ansi c,由任何支持ansi c标准的系统提供。

#include <strings.h>
/* 功能:内存初始化。 
   参数:一、str-内存地址。
         二、c-初始化值。
         三、n-内存大小。  
   返回值:0-表示两块内存数据相同,非0-表示两块内存数据不一样。 
 */
void *memset(void *str, int c, size_t n)
/* 功能:内存拷贝。 
   参数:一、src-源内存地址。
         二、dest-目标内存地址。
         三、n-拷贝内存大小。  
   返回值:无。 
 */
void *memcpy(void *dest, const void *src, size_t n);
/* 功能:内存比较。 
   参数:一、s1-内存地址1。
         二、s2-内存地址2。
         三、n-比较的内存大小。  
   返回值:0-表示两块内存数据相同,非0-表示两块内存数据不一样。 
 */
int memcmp(const void *s1, const void *s2, size_t n);

  除了上面的两组函数觉得,string.h头文件定义了专门处理字符串的函数,这些函数以str开头好比strcpy/strcmp等,这些函数假设处理的字符串都以0结尾。

5.套接口ip地址到字符串转换函数

#include <arpa/inet.h>
/* 功能:将字符串IP地址转换成机器IP地址,。 
   参数:一、af-地址族:AF_INET, AF_INET6。
         二、strptr-字符串ip。
         三、addrptr-地址结构。  
   返回值:1-成功,0-针对af, strptr不是有效的ip地址格式,。 
 */
int inet_pton(int af, const char *strptr, void *addrptr);
/* 功能:将机器IP地址转换成字符串IP地址,。 
   参数:一、af-地址族:AF_INET, AF_INET6。
         二、addrptr-机器地址结构。
         三、strptr-字符串ip。
         四、size-strptr的长度,为了防止内核写溢出。  
   返回值:成功则返回指向strptr的指针,失败-返回null,并设置errno为相应值。。 
 */
const char *inet_ntop(int af, const void *addrptr, char *strptr, socklen_t size);

6. 套接口读写函数

  readn从一个socket中读取n个字节(引用unp示例代码):

size_t Readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
    size_t    nleft;
    size_t    nread;
    char    *ptr;

    ptr = vptr;
    nleft = n;
    while (nleft > 0) {
        if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0) {
            if (errno == EINTR)
                nread = 0;        /* 系统调用被信号打断,从新调用 */
            else
                return(-1);     /* 发生异常 */ 
        } else if (nread == 0)
            break;                /* 读到结束符,读到本地tcp收到的fin时 */

        nleft -= nread;
        ptr   += nread;
    }
    return(n - nleft);        /* return >= 0 */
}

  Writen向套接口描述符中写入n个字节(引用unp示例代码):

/* 功能:从套接口中读取n个字节 
   返回值:n-成功;-1:失败*/
size_t Writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
    size_t        nleft;
    size_t        nwritten;
    const char    *ptr;

    ptr = vptr;
    nleft = n;
    while (nleft > 0) {
        if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0) {
            if (nwritten < 0 && errno == EINTR)
                nwritten = 0;        /* 被信号打断,再次调用 */
            else
                return(-1);            /* 写异常:write返回0-写一个tcp链接关闭的sock */
        }

        nleft -= nwritten;
        ptr   += nwritten;
    }
    return(n);
}                  

 

  Readline从描述符fd中读取一行(引用unp示例代码):

static int    read_cnt;/* 缓冲区中可读的字节数 */
static char    *read_ptr;/* 当前缓冲区中可读字节的指针 */
static char    read_buf[MAXLINE];/* 读缓冲区 */

/* 功能:读去一个字节, 
   返回值:1-成功;0-读到文件结束符;-1-系统调用错误*/
static ssize_t
my_read(int fd, char *ptr)
{
    if (read_cnt <= 0) { /* 当缓冲区中可读字节数为0时,从文件中读数据到缓冲区 */
again:
        if ( (read_cnt = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) < 0) {
            if (errno == EINTR) /* 系统调用被信号打断 */
                goto again;
            return(-1);
        } else if (read_cnt == 0) /* 读到文件结束符,正常返回0 */
            return(0);
        read_ptr = read_buf;
    }

    read_cnt--;
    *ptr = *read_ptr++; /* 从缓冲区中读一个字节给用户 */
    return(1);
}

/* 功能:从fd中读取一行到vptr中,行的最大长度maxlen 
   返回值:n-成功,实际读取的字节数;-1:读失败*/
ssize_t
readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t    n, rc;
    char    c, *ptr;

    ptr = vptr;
    for (n = 1; n < maxlen; n++) {
        if ( (rc = my_read(fd, &c)) == 1) {
            *ptr++ = c;
            if (c == '\n')
                break;    /* newline is stored, like fgets() */
        } else if (rc == 0) {
            *ptr = 0;
            return(n - 1);    /* EOF, n - 1 bytes were read */
        } else
            return(-1);        /* error, errno set by read() */
    }

    *ptr = 0;    /* null terminate like fgets() */
    return(n);
}


/* 功能:从fd中读取一行到vptr中,行的最大长度maxlen 
   返回值:n-成功;-1-失败,并打印错误日志*/
ssize_t
Readline(int fd, void *ptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t        n;

    if ( (n = readline(fd, ptr, maxlen)) < 0)
        err_sys("readline error");
    return(n);
}

  Readline存在的问题:由于间接使用了静态全局变量,所以Readline是不可重入的,不是线程安全的。

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