Linux(10)(中) - 技术栈

https://blog.csdn.net/qscftqwe/article/details/156236643

上节课链接，大家可以点击进行观看

一.sockaddr结构

socket API 是一层抽象的网络编程接口 ，适用于各种底层网络协议，如 IPv4、IPv6 ，以及后面要讲的 UNIX Domain Socket 。然而，各种网络协议的地址格式并不相同 。

Pv4 和 IPv6 的地址格式定义在 <netinet/in.h> 中：IPv4 使用 sockaddr_in 结构体 ，包含 16 位地址族、16 位端口号和 32 位 IP 地址。

地址族常量 AF_INET 和 AF_INET6 用于标识协议类型。

socket API 使用 struct sockaddr * 作为通用地址指针 ，实际使用时需根据协议族强制转换为具体类型 （如 sockaddr_in*）。

为支持多协议，可使用 sockaddr_storage 作为缓冲区 ，并通过 sa_family 字段判断地址类型后再进行安全转换

1.1 sockaddr结构

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// 通用套接字地址结构 用于网络 API 的地址参数
// 实际使用时通常用 sockaddr_in（IPv4）或 sockaddr_in6（IPv6）填充
#include <sys/socket.h>

struct sockaddr 
{
    sa_family_t sa_family;  // 地址族（如 AF_INET）
    char        sa_data[14]; // 地址数据（协议相关）
};

// 说明:
//   该结构是抽象基类 不直接使用
//   调用 bind/connect/accept 时 将具体地址结构（如 sockaddr_in）强制转换为 sockaddr *

1.2 sockaddr_in结构

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// IPv4 专用套接字地址结构 用于 bind/connect/accept 等函数
// 实际传参时需强制转换为 struct sockaddr *
#include <netinet/in.h>

struct sockaddr_in 
{
    sa_family_t     sin_family;   // 地址族 必须为 AF_INET
    in_port_t       sin_port;     // 端口号（网络字节序）
    struct in_addr  sin_addr;     // IPv4 地址（网络字节序）
    char            sin_zero[8];  // 填充字段 保持与 sockaddr 长度一致
};

// 成员说明:
//   sin_family - 固定设为 AF_INET
//   sin_port   - 用 htons() 转换主机端口到网络序
//   sin_addr   - 用 inet_pton() 或 INADDR_ANY 设置 IP


// 表示 IPv4 地址的结构体 通常作为 sockaddr_in 的成员使用
// 实际地址以网络字节序（大端）存储
#include <netinet/in.h>
struct in_addr 
{
    in_addr_t s_addr;  // 32 位 IPv4 地址（网络字节序）
};

// 说明:
//   s_addr 是 uint32_t 类型 存储如 0x0100007f（即 127.0.0.1）
//   应使用 inet_pton() / inet_ntop() 或 htonl() 等函数转换

二.地址转换函数

2.1 字符串转in_addr的函数

1.inet_addr

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// 将点分十进制 IPv4 字符串（如 "192.168.1.1"）转换为 32 位网络字节序整数
// 已过时 建议改用 inet_pton
#include <arpa/inet.h>

in_addr_t inet_addr(const char *strptr);

// 参数:
//   strptr - 指向 IPv4 地址字符串

// 返回值:
//   成功：返回网络字节序的 32 位地址（in_addr_t）
//   失败或输入为 "255.255.255.255"：返回 INADDR_NONE（通常为 -1）

// 案例：
    in_addr_t ip = inet_addr("192.168.1.1");

2.inet_aton

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// 将点分十进制 IPv4 字符串安全地转换为 struct in_addr
// 推荐替代 inet_addr 因其能明确区分错误与合法地址
#include <arpa/inet.h>

int inet_aton(const char *strptr, struct in_addr *addrptr);

// 参数:
//   strptr   - 指向 IPv4 地址字符串
//   addrptr  - 指向 struct in_addr 的指针 用于存储结果

// 返回值:
//   成功：返回 1
//   失败：返回 0

// 案例：
    struct in_addr ip;
    if (inet_aton("192.168.1.1", &ip)) {
        // 转换成功
    }

3.inet_pton

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// 通用地址字符串转二进制（支持 IPv4 和 IPv6）
// 现代推荐方式 可移植性好
#include <arpa/inet.h>

int inet_pton(int family, const char *strptr, void *addrptr);

// 参数:
//   family   - 地址族（AF_INET 或 AF_INET6）
//   strptr   - 指向 IP 字符串（如 "192.168.1.1" 或 "::1"）
//   addrptr  - 指向目标地址缓冲区（如 &in_addr 或 &in6_addr）

// 返回值:
//   成功：返回 1
//   输入无效：返回 0
//   不支持的 family：返回 -1

// 案例：
    struct in_addr ip4;
    inet_pton(AF_INET, "192.168.1.1", &ip4);

2.2 in_addr转字符串的函数

1.inet_ntoa

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// 将 IPv4 地址（struct in_addr）转换为点分十进制字符串（如 "192.168.1.1"）
// 返回静态缓冲区指针 非线程安全 且后续调用会覆盖结果
#include <arpa/inet.h>

char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);

// 参数:
//   inaddr - 要转换的 IPv4 地址（网络字节序）

// 返回值:
//   成功：返回指向静态字符串的指针（如 "192.168.0.1"）
//   失败：行为未定义（通常仍返回字符串）

// 案例：
    struct in_addr ip;
    ip.s_addr = htonl(INADDR_LOOPBACK);
    printf("IP: %s\n", inet_ntoa(ip));

2.inet_ntop

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// 通用二进制地址转字符串（支持 IPv4 和 IPv6）
// 线程安全 需提供输出缓冲区 推荐替代 inet_ntoa
#include <arpa/inet.h>

const char *inet_ntop(
    int family,
    const void *addrptr,
    char *strptr,
    size_t len
);

// 参数:
//   family   - 地址族（AF_INET 或 AF_INET6）
//   addrptr  - 指向二进制地址（如 &in_addr 或 &in6_addr）
//   strptr   - 输出缓冲区（用于存放结果字符串）
//   len      - 缓冲区大小（IPv4 至少 INET_ADDRSTRLEN，IPv6 至少 INET6_ADDRSTRLEN）

// 返回值:
//   成功：返回 strptr
//   失败：返回 NULL 并设置 errno

// 案例：
    char str[INET_ADDRSTRLEN];
    inet_ntop(AF_INET, &ip.s_addr, str, sizeof(str));

inet_ntoa相关知识

inet_ntoa 将 IPv4 地址转换为点分十进制字符串，其返回值是指向内部静态缓冲区的指针。

该缓冲区位于静态存储区，无需手动释放；

但多次调用会覆盖之前的结果；

在多线程环境下不安全。

推荐使用 inet_ntop 替代：它由调用者提供输出缓冲区，线程安全，且同时支持 IPv4 和 IPv6。

三.UDP

3.1 服务器

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// 1. 创建UDP套接字
int sockfd_ = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

// 2. 配置服务器地址结构
struct sockaddr_in local;
memset(&local, 0, sizeof(local));
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(port_);                // 转换端口号为网络字节序
local.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip_.c_str()); // 转换IP地址

// 3. 绑定套接字到本地地址
int ret = bind(sockfd_, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)); // 修正变量名sockfd_

// 4. 接收数据
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
               struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

// 5. 发送数据
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
              const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

3.2 客户端

补充知识：

客户端通常无需显式调用 bind() ，操作系统会在需要时（TCP 在 connect() 时，UDP 在首次发送时 ）自动为其分配一个唯一的临时端口。

该临时端口同样受"端口独占 "规则约束：在同一协议和本地地址下，不能被多个 socket 同时绑定。

客户端端口号无需关心 ，只要在本机唯一即可 ，用于服务器回传数据。

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// 1. 创建UDP套接字
fd_ = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

// 2. 配置服务器地址结构
struct sockaddr_in server;
memset(&server, 0, sizeof(server));
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_port = htons(serverport);               // 端口号转网络字节序
inet_pton(AF_INET, serverip.c_str(), &(server.sin_addr)); // IP地址转换

// 3. 发送数据
string message;
char buffer[1024];

sendto(fd_, message.c_str(), message.size(), 0, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));

// 4. 接收数据
struct sockaddr_in temp;
socklen_t len = sizeof(temp);

ssize_t s = recvfrom(fd_, buffer, 1023, 0,
					(struct sockaddr*)&temp, &len); // 保留1字节给\0

if (s > 0) buffer[s] = '\0'; // 确保字符串终止

四.补充知识

端口知识

0--1023：特权端口，需 root 权限；

1024--49151：注册端口，普通用户可用，许多数据库/服务在此范围

49152--65535 ：临时端口，由系统自动分配。
建议服务器选用 1024 以上且未被占用的端口，开发中常用 8000+ 以避免冲突，但非强制。

UDP 套接字性质

UDP 套接字支持同时收发数据，是全双工的。

环回地址

环回地址（如 127.0.0.1）的数据包在内核中被拦截并重定向回协议栈上层，不经过物理网络 ，但完整经历协议栈处理。

好了今天的知识就讲到这里了，今天的内容还是比较多的，后面我会带来TCP相关套接字的实现，以及最后就是二者的实现了，希望让大家有所收获！