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1. 網絡編程基本概念
1.1 什麼是套接字
套接字，也叫socket，是操做系統內核中的一個數據結構，它是網絡中的節點進行相互通訊的門戶。網絡通訊，說白了就是進程間的通訊（同一臺機器上不一樣進程或者不一樣計算機上的進程間通訊）。linux
在網絡中，每一臺計算機或者路由都有一個網絡地址，就是IP地址。兩個進程通訊時，首先要肯定各自所在的網絡節點的網絡地址。可是，網絡地址只能肯定進程所在的計算機，而一臺計算機上通常都是同時運行着多個進程，因此僅憑網絡地址還不能肯定究竟是和網絡中的哪個進程進行通訊，所以套接口中還須要包括其餘的信息，好比端口號和協議。web
1.2 端口號的概念
在網絡的世界裏，端口大體有兩種：編程
一是物理意義上的端口，如交換機、路由器等用於鏈接其餘網絡設備的接口；微信
二是指TCP/IP協議族中的端口號；網絡
端口號的範圍從0-65535，分類以下：數據結構
一類是衆所周知的，公用的端口號，其值通常爲0~1024，例如http的端口號是80，ftp爲21，ssh爲22，telnet爲23等；app
一類是用戶本身定義的，一般是大於1024而且小於65535的整型值；ssh
1.3 ip地址的表示
一般咱們在表達IP地址時習慣使用點分十進制表示的數值（或者是爲冒號分開的十六進制Ipv6地址），而在socket編程中使用的則是二進制值，這就須要對這兩個數值進行轉換。socket
ipv4地址：32bit, 4字節，至關於一個整型，一般採用點分十進制記法，例如對於：10000000 00001011 00000111 00011111, 點分十進制表示爲：128.11.7.31。
2. socket的概念
socket是一種特殊的I/O接口，它也是一種文件描述符。如第一節所說，經過它不只能實現本地機器上的進程之間的通訊，並且經過網絡可以在不一樣機器上的進程之間進行通訊。
每個socket都用一個半相關描述{協議、本地地址、本地端口}來表示；
一個完整的套接字則用一個相關描述{協議、本地地址、本地端口、遠程地址、遠程端口}來表示;
socket也有一個相似於打開文件的函數調用，該函數返回一個整型的socket描述符，隨後的鏈接創建、數據傳輸等操做都是經過這個socket描述符來實現的。
2.1 socket類型
2.1.1 流式socket（SOCK_STREAM）
用於TCP通訊，流式套接字提供可靠的、面向鏈接的通訊流，使用TCP協議，從而保證了數據傳輸的正確性和順序性。
2.1.2 數據報socket（SOCK_DGRAM）
用於UDP通訊，數據報套接字定義了一種無鏈接的服務，數據經過相互獨立的報文進行傳輸，是無序的，而且是不可靠的，它使用數據報協議UDP。
2.1.3 原始socket （SOCK_RAW）
用於新的網絡協議實現的測試等，原始套接字容許對底層協議如IP或ICMP進行直接訪問，它功能強大但使用較爲不便，主要用於一些自定義協議的開發。
2.2 socket信息數據結構
1//頭文件<netinet/in.h> sockaddr和sockaddr_in大小一致
2struct sockaddr
3{
4 unsigned short sa_family; /*地址族*/
5 char sa_data[14]; /*14字節的協議地址，包含該socket的IP地址和端口號。*/
6};
7struct sockaddr_in
8{
9 short int sa_family; /*地址族 AF_INET IPv4協議 AF_INET6 IPv6協議*/
10 unsigned short int sin_port; /*端口號*/
11 struct in_addr sin_addr; /*IP地址*/
12 unsigned char sin_zero[8]; /*填充0 以保持與struct sockaddr一樣大小*/
13};
14struct in_addr
15{
16unsigned long int s_addr; /* 32位IPv4地址，網絡字節序 */
17};
2.3 數據存儲字節序的轉換
計算機數據存儲有兩種字節優先順序：高位字節優先（稱爲大端模式）和低位字節優先（稱爲小端模式）。
內存的低地址存儲數據的低字節，高地址存儲數據的高字節的方式叫小端模式；
內存的高地址存儲數據的低字節，低地址存儲數據高字節的方式稱爲大端模式；
eg，對於內存中存放的數0x12345678來講:
若是是採用大端模式存放的，則其真實的數是：0x12345678;
若是是採用小端模式存放的，則其真實的數是：0x78563412;
端口號和IP地址都是以網絡字節序存儲的，不是主機字節序，網絡字節序都是大端模式，而主機字節序則通常都是小端模式(也有特殊的是大端模式，這裏不考慮)。因此在網絡鏈接過程當中，要把主機字節序和網絡字節序相互對應起來，須要對這兩個字節存儲順序進行轉換。
這裏用到四個函數：htons(),ntohs(),htonl()和ntohl().這四個函數分別實現網絡字節序和主機字節序的轉化，這裏的h表明host,n表明network，s表明short，l表明long。一般16位的IP端口號用s表明，而IP地址用l來表明。
1#include <arpa/inet.h>
2uint32_t htonl(uint32_t hostlong); //將主機的無符號長整型數轉換成網絡字節序
3uint16_t htons(uint16_t hostshort); //將主機的無符號短整形數轉換成網絡字節序
4uint32_t ntohl(uint32_t netlong); //將一個無符號長整型數從網絡字節序轉換爲主機字節序
5uint16_t ntohs(uint16_t netshort); //將一個無符號短整形數從網絡字節序轉換爲主機字節序
2.4 IP地址格式轉化
一般在表達地址時採用的是點分十進制表示的數值（或者是爲冒號分開的十進制Ipv6地址），而在socket編程中使用的則是32位的網絡字節序的二進制值，這就須要對這兩個數值進行轉換。
這裏在Ipv4中用到的函數有inet_aton()、inet_addr()和inet_ntoa()，而IPV4和Ipv6兼容的函數有inet_pton()和inet_ntop()。
2.4.1 IPv4的函數原型
1#include <sys/socket.h>
2#include <netinet/in.h>
3#include <arpa/inet.h>
4int inet_aton(const char *straddr, struct in_addr *addrptr);
5char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);
6in_addr_t inet_addr(const char *straddr);
函數inet_aton()：將點分十進制數的IP地址轉換成爲網絡字節序的32位二進制數值。返回值：成功，則返回1，不成功返回0.
參數straddr：存放輸入的點分十進制數IP地址字符串。
參數addrptr：傳出參數，保存網絡字節序的32位二進制數值。
函數inet_ntoa()：將網絡字節序的32位二進制數值轉換爲點分十進制的IP地址。
函數inet_addr()：功能與inet_aton相同，可是結果傳遞的方式不一樣。inet_addr()若成功則返回32位二進制的網絡字節序地址。
2.4.2 IPv4和IPv6兼容的函數原型
1#include <arpa/inet.h>
2int inet_pton(int family, const char *src, void *dst);
3const char *inet_ntop(int family, const void *src, char *dst, socklen_t len);
函數inet_pton跟inet_aton實現的功能相似，只是多了family參數，該參數指定爲AF_INET，表示是IPv4協議，若是是AF_INET6，表示IPv6協議。
函數inet_ntop跟inet_ntoa相似，其中len表示表示轉換以後的長度（字符串的長度）。
2.4.3 具體實現代碼
1#include <stdio.h>
2#include <sys/socket.h>
3#include <netinet/in.h>
4#include <arpa/inet.h>
5#include <string.h>
6int main()
7{
8 char ip[] = "192.168.0.101";
9 struct in_addr myaddr;
10 memset((void*)&myaddr, 0, sizeof(struct in_addr));
11 /* inet_aton */
12 int iRet = inet_aton(ip, &myaddr);
13 if ( iRet == 1)
14 {
15 printf("%ld\n", myaddr.s_addr);
16 /* inet_addr */
17 printf("%x\n", inet_addr(ip));
18 }
19 else
20 {
21 printf("call inet_aton failed\n");
22 }
23
24 /* inet_pton */
25 iRet = inet_pton(AF_INET, ip, &myaddr);
26 if ( iRet == 1 )
27 {
28 printf("%x\n", myaddr.s_addr);
29 }
30 else
31 {
32 printf("call inet pton failed\n");
33 }
34 myaddr.s_addr = 0xac100ac4;
35 /* inet_ntoa */
36 printf("%s\n", inet_ntoa(myaddr));
37 /* inet_ntop */
38 inet_ntop(AF_INET, &myaddr, ip, 16);
39 puts(ip);
40 return 0;
41}
3. 域名與IP地址的對應關係
通常來說，咱們在上網的過程當中都不肯意記憶冗長的IP地址，尤爲到Ipv6時，地址長度多達128位，那時就更加不可能一次性記憶那麼長的IP地址了。咱們通常記住的，都是這個網站的域名地址。
你們都知道，百度的域名爲：www.baidu.com，而這個域名其實對應了一個百度公司的IP地址，那麼百度公司的IP地址是多少呢？
咱們能夠利用ping www.baidu.com來獲得百度公司的ip地址。那麼，系統是如何將www.baidu.com 這個域名轉化爲IP地址的呢？
在linux中，最經常使用的是gethostbyname()和gethostbyaddr()，它們均可以實現IPv4/IPv6的地址和主機名之間的轉化。其中gethostbyname()是將主機名轉化爲IP地址，gethostbyaddr()則是逆操做，是將IP地址轉化爲主機名。
函數原型：
1#include <netdb.h>
2struct hostent* gethostbyname(const char* hostname);
3struct hostent* gethostbyaddr(const char* addr, size_t len, int family);
4結構體：
5struct hostent
6{
7 char *h_name; /*正式主機名*/
8 char **h_aliases; /*主機別名*/
9 int h_addrtype; /*主機IP地址類型 IPv4爲AF_INET*/
10 int h_length; /*主機IP地址字節長度，對於IPv4是4字節，即32位*/
11 char **h_addr_list; /*主機的IP地址列表*/
12}
13#define h_addr h_addr_list[0] /*保存的是ip地址*/
gethostbyname()：用於將域名（www.baidu.com）或主機名轉換爲IP地址。參數hostname指向存放域名或主機名的字符串。
gethostbyaddr()：用於將IP地址轉換爲域名或主機名。參數addr是一個IP地址，此時這個ip地址不是普通的字符串，而是要經過函數inet_aton()轉換。len爲IP地址的長度，AF_INET爲4。family可用AF_INET：Ipv4或AF_INET6：Ipv6。
Example：
1//test.cpp 將百度的www.baidu.com 轉換爲ip地址
2#include <netdb.h>
3#include <sys/socket.h>
4#include <stdio.h>
5#include <arpa/inet.h>
6int main(int argc, char **argv)
7{
8 char *ptr, **pptr;
9 struct hostent *hptr = NULL;
10 char str[32] = {0};
11 if ( argc < 2 )
12 {
13 printf("please input an addr,eg:./a.out www.baidu.com\n");
14 return 0;
15 }
16 /* 取得命令後第一個參數，即要解析的域名或主機名 */
17 ptr = argv[1];
18 /* 調用gethostbyname()。結果存在hptr結構中 */
19 if((hptr = gethostbyname(ptr)) == NULL)
20 {
21 printf("gethostbyname error for host:%s\n", ptr);
22 return 0;
23 }
24 else
25 {
26 /* 將主機的規範名打出來 */
27 printf("official hostname:%s\n", hptr->h_name);
28 }
29 /* 主機可能有多個別名，將全部別名分別打出來 */
30 for(pptr = hptr->h_aliases; *pptr != NULL; pptr++)
31 printf("alias:%s\n", *pptr);
32 /* 根據地址類型，將地址打出來 */
33 switch(hptr->h_addrtype)
34 {
35 case AF_INET:
36 case AF_INET6:
37 pptr = hptr->h_addr_list;
38 /* 將剛纔獲得的全部地址都打出來。其中調用了inet_ntop()函數 */
39 for(; *pptr!=NULL; pptr++ )
40 {
41 printf("address:%s\n", inet_ntop(hptr->h_addrtype, *pptr, str, sizeof(str)));
42 }
43 printf("first address: %s\n", inet_ntop(hptr->h_addrtype, hptr->h_addr, str, sizeof(str)));
44 break;
45 default:
46 printf("unknown address type\n");
47 break;
48 }
49 return 0;
50}
編譯運行
g++ test.cpp
./a.out www.baidu.com
1official hostname:www.a.shifen.com
2alias:www.baidu.com
3address:14.215.177.39
4address:14.215.177.38
5first address: 14.215.177.39
本文分享自微信公衆號 - cpp加油站（xy13640954449）。
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