Linux 高级网络编程
设置套接字函数：
#include<sys/socket.h> int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void* optval, socklen_t* optlen); //sockfd要设置的目的套接字 //level套接字的控制层次 //optname optval optlen是三个相关的参数，通过不同的搭配可以设置不同的功能
应用：
1.数据收发时限设置
struct timeva timeout; timeout.tv_sec=5; timeout.tv_usec=0; //接受时限 setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET,SO_RCVTIMEO, (char*)&timeout,sizeof(timeout)); //发送时限 setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET,SO_SNDTIMEO, (char*)&timeout,sizeof(timeout));
2.修改收发缓冲区
//接收缓冲区 int opt=1024*1024; setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET, SO_RCVBUF, (const char*)&opt,sizeof(opt)); //发送缓冲区 setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET, SO_SNDBUF, (const char*)&opt,sizeof(opt));
3.广播设置
int bBroadcast=1; setsockopt(seversocket, SQL_SOCKET, SO_BROADCAST,(cosnt char*)&bBroadcast,sizeof(bBroadcast));
4.直接数据复制
为了提升系统性能，在发送或接受数据时，可以主动设置数据不经历由缓冲区到套接字缓存区的拷贝。
int opt=0; setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET,SO_SNDBUF,(char*)&opt,sizeof(opt)); setsockopt(serversocket, SQL_SOCKET,SO_RCVBUF,(char*)&opt,sizeof(opt));
Select技术：
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#define SERVER_PORT 5555
#define QUEUE_LENGTH 5
#define BUF_SIZE 200
int main(int argc, char **argv)
{
int server_socket,new_socket;
struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
socklen_t sin_size;
int client_socket[QUEUE_LENGTH];
int conn_num;
int yes=1;
char buf[BUF_SIZE];
int ret;
int i;
//创建套接字
if((server_socket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){
perror("Socket");
return 0;
}
//设置为可重复使用
if(setsockopt(server_socket,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&yes,sizeof(int))==-1){
perror("setsockopt");
return 0;
}
//设置服务器地址信息设置
server_addr.sin_family=AF_INET; //TCP
server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; //本地IP地址
memset(server_addr.sin_zero,'\0',sizeof(server_addr.sin_zero));
//绑定套接字与地址信息
if(bind(server_socket,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr))==-1){
perror("setsockopt");
return 0;
}
//侦听
if(listen(server_socket,5)==-1){
perror("setsockopt");
return 0;
}
printf("listen port : %d\n",SERVER_PORT);
fd_set clientfdset;
int maxsock;
struct timeval tv;
conn_num=0;
sin_size=sizeof(client_addr);
maxsock=server_socket;
while(1){
//初始化，清空并添加服务器套接字到集合
FD_ZERO(&clientfdset);
FD_SET(server_socket,&clientfdset);
//设置超时时间
tv.tv_sec=15;
tv.tv_usec=0;
//添加连接的客户端到集合
for(i=0;i<QUEUE_LENGTH;i++){
if(client_socket[i]!=0)
FD_SET(client_socket[i],&clientfdset);
}
//select模式
ret=select(maxsock+1,&clientfdset,NULL,NULL,&tv);
if(ret<0){
perror("select");
break;
}
else if(ret==0){
printf("waiting timeout\n");
continue;
}
//检查集合内是否已经存在
for(i=0;i<conn_num;i++){
if(FD_ISSET(client_socket[i],&clientfdset)){
ret=recv(client_socket[i],buf,sizeof(buf),0);
if(ret<=0){
printf("client[%d] close\n",i);
close(client_socket[i]);
FD_CLR(client_socket[i],&clientfdset);
client_socket[i]=0;
}
else{
printf("client[%d] msg: %s\n",i,buf);
send(client_socket[i],buf,sizeof(buf),0);
}
}
}
if(FD_ISSET(server_socket,&clientfdset)){
new_socket=accept(server_socket,(struct sockaddr*)&client_addr,&sin_size);
if(new_socket<=0){
perror("accept");
continue;
}
if(conn_num<QUEUE_LENGTH){
client_socket[conn_num++]=new_socket;
printf("new client[%d] %s: %d\n",conn_num,inet_ntoa(client_addr.sin_addr),ntohs(client_addr.sin_port));
if(new_socket>maxsock)
maxsock=new_socket;
}
else{
send(new_socket,"sorry overload!",sizeof("sorry overload!"),0);
close(new_socket);
break;
}
}
}
for(i=0;i<QUEUE_LENGTH;i++){
if(client_socket[i]!=0)
close(client_socket[i]);
}
}
原始套接字技术：
原始套接字是一种套接字底层技术，它工作在网络层。利用原始套接字可以完成如下功能。
- 设置网卡为混杂模式，嗅探当前网路流经本网卡的所有数据包。
- 构造各种数据包（IP，ICMP，TCP，UDP等），并进行发送。
- 进行新协议的验证。
原始套接字可用于木马中的通信模块，伪造IP地址，拒绝服务攻击，数据包嗅探。
原始套接字的创建：
int rawsock=socket(AF_INET, SOCK_RAW, htons(ETH_P_IP)); //可以获取IP层的所有数据报文
htons参数的可选值及其意义
| 协议码 | 协议名 |
| IPPROTO_ICMP | ICMP协议 |
| ETH_P_IP | IP协议 |
| IPPROTO_TCP | TCP协议 |
| IPPROTO_UDP | UDP协议 |
| IPPROTO_IPV6 | IPv6协议 |
| IPPROTO_EGP | EGP协议 |
数据发送：
在原始套接字中，执行数据发送前要条用setsocketopt函数进行套接字的首部设定：
int opt; setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP, IP_HDRINCL, &opt, sizeof(opt));
例子：
//利用原始套接字实现一个简单的采集网络数据包，并进行反向解析IP，MAC地址
#include <stdio.h> #include <sys/socket.h> #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <linux/if_ether.h> #include <linux/in.h> #define BUFFER_MAX 2048 int main(int argc, char **argv) { int rawsock; char buffer[BUFFER_MAX]; char *ethhead; char *iphead; char *phead; //创建原始套接字 if((rawsock=socket(PF_PACKET,SOCK_RAW,htons(ETH_P_IP)))<0){ printf("error:create raw socket!\n"); exit(0); } long framecount =0; while(1){ int readnum = recvfrom(rawsock,buffer,2048,0,NULL,NULL); if(readnum<42){ printf("error:header is incomplete!\n"); exit(0); } ethhead=(char*)buffer; phead=ethhead; int ethernetmask=0XFF; framecount++; printf("---------------AnalysisiPacket[%d]---------------\n",framecount); printf("MAC:"); int i=6; for(;i<=11;i++) printf("%.2X:",phead[i]ðernetmask); printf("------->"); for(i=0;i<=5;i++) printf("%.2X:",phead[i]ðernetmask); printf("\n"); iphead=ethhead+14; phead=iphead+12; printf("IP:"); for(i=0;i<=3;i++){ printf("%d",phead[i]ðernetmask); if(i!=3) printf("."); } printf("------->"); for(i=4;i<=7;i++){ printf("%d",phead[i]ðernetmask); if(i!=7) printf("."); } printf("\n"); int prototype=(iphead+9)[0]; phead=iphead+20; printf("Protocol:"); switch(prototype){ case IPPROTO_ICMP: printf("ICMP\n"); break; case IPPROTO_IGMP: printf("IGMP\n"); break; case IPPROTO_IPIP: printf("IP"); break; case IPPROTO_TCP: printf("TCP|source port: %u |",(phead[0]<<8)&0XFF00|phead[1]&0XFF); printf("destport: %u\n",(phead[2]<<8)&0XFF00|phead[3]&0XFF); break; case IPPROTO_UDP: printf("UDP|source port: %u |",(phead[0]<<8)&0XFF00|phead[1]&0XFF); printf("destport: %u\n",(phead[2]<<8)&0XFF00|phead[3]&0XFF); break; case IPPROTO_RAW: printf("RAW\n"); break; default: printf("Unkown\n"); } printf("-----------------end--------------------"); } return 0; }
广播技术：
ARP（Address Resolution Protocol）和NTP（Network Time Protocol）都属于广播通信。
ARP是局域网中的地址解析协议，利用这个协议，可以找出IP地址到MAC地址的映射关系。当主机A准备与主机B通信时，如果只知道主机B的IP地址，则主机A向整个全网发送一个ARP请求，询问IP地址为XXXX的主机，如果主机B收到就会产生回应。
NTP是网络时间协议。在支持广播的局域网中设置NTP协议，可以使NTP服务器每隔一个固定的时间间隔，就向全网发送时间信息，客户端在收到时间信息后进行更新处理。
原理解析：
要进行广播通信，首先要理解广播地址。在IP地址中，如果最后一个数字是255，则一定是一个广播地址。
- 网络广播地址：网络广播地址在没有进行子网划分的网络内广播，由于当强的网络均涉及子网划分，故此种地址很少存在
- 受限广播地址：以255.255.255.255组成的广播地址，在当前路由器均不转发此类广播
- 子网广播地址：子网广播地址是一种常用的广播方式，它是指在一个具体的子网内进行广播，比如192.168是网络ID，那么192.168.1.255就是子网192.168.1的广播
- 全部子网广播地址：是指所有子网络的广播，以上一个为例，全部子网广播地址是192.168.255.255
广播要采用UDP的方式，具体流程如下：
- 创建UDP套接字
- 设置套接字属性为SO_BROADCAST，设置为广播地址
- 设置广播地址为INADDR_BROADCAST，同时也要指定发送端口
- 进行数据收发操作
例子：
//bserver.c
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
#define BUFFSIZE 200
#define PORT 5050
int main(int argc, char **argv)
{
int serversocket;
struct sockaddr_in serveraddress,clientaddress;
int so_broadcast=1;
if((serversocket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){
perror("socket");
return 0;
}
if(setsockopt(serversocket,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&so_broadcast,sizeof(so_broadcast))<0){
perror("setsockopt");
return 0;
}
serveraddress.sin_family=AF_INET;
serveraddress.sin_port=htons(INADDR_ANY);
serveraddress.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_BROADCAST);
if(bind(serversocket,(struct sockaddr*)&serveraddress,sizeof(struct sockaddr))<0){
perror("bind");
return 0;
}
clientaddress.sin_family=AF_INET;
clientaddress.sin_port=htons(PORT);
clientaddress.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_BROADCAST);
while(1){
char buf[BUFFSIZE];
printf("please input your word:");
scanf("%s",buf);
if(sendto(serversocket,buf,strlen(buf),0,(struct sockaddr*)&clientaddress,sizeof(clientaddress))<0){
perror("sendto");
return 0;
}
else
printf("send msg: %s\n",buf);
}
return 0;
}
//bclient.c
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <netdb.h>
#include <errno.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int clientsocket;
struct sockaddr_in serveraddress,clientaddress;
clientsocket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
serveraddress.sin_family=AF_INET;
serveraddress.sin_port=htons(5050);
serveraddress.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
int opt=1;
if(setsockopt(clientsocket,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt))<0){
perror("setsockopt");
return 0;
}
if(bind(clientsocket,(struct sockaddr*)&serveraddress,sizeof(struct sockaddr))!=0){
perror("bind");
return 0;
}
char buf[200];
while(1){
memset(buf,0,200);
int size=0;
size=recvfrom(clientsocket,buf,200,0,(struct sockaddr*)&serveraddress,sizeof(serveraddress));
buf[size]='\0';
printf("IP:%s msg:%s\n",inet_ntoa(clientaddress.sin_addr),buf);
if(strcmp(buf,"quit")==0){
printf("system quit!\n");
close(clientsocket);
return 0;
}
}
return 0;
}
组播技术：
组播可以实现小范围内的互联，在发送者和每一个接受者之间时间点对多点的网络连接，是广播通信的一种变种。
根据IP地址的规定，D类地址为组播地址，其网络号为固定的1110,第4到31位定义了某一特殊的组播地址，范围为244.0.0.0～239.255.255.255。其中244.0.0.0～244.0.0.255的地址，它们大多是为了特殊的目的保留的，不建议使用。
套接字的基本属性：组播参数对应5个参数，通过setsockopt设置
//加入组播
int setsockopt(client_socket,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&multiaddress,sizeof(multiaddress))
//退出组播
int setsockopt(client_socket,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&multiaddress,sizeof(multiaddress))
//这里有一个重要的参数multiaddress，结构：
struct ip_mreq{
struct in_addr imr_multiaddr; //组播地址
struct in_addr imr_interface; //IPv4地址
}
主要流程：
- 服务器端设置一个多播地址，创建一个多播组。
- 客户端指定多播地址，加入多播。
- 程序结束后，退出多播。
例子：
//memberServer.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char **argv)
{
int server_socket;
struct sockaddr_in address;
//创建UDP
server_socket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(server_socket<0){
perror("socket");
return 0;
}
//初始化多播地址
memset(&address,0,sizeof(address));
address.sin_family=AF_INET;
address.sin_port=htons(5555);
address.sin_addr.s_addr=inet_addr("224.0.1.100");
//发送信息
while(1){
char buf[200];
printf("input your word:");
scanf("%s",buf);
if(sendto(server_socket,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)&address,sizeof(address))<0){
perror("sendto");
return 0;
}
}
return 0;
}
//memberClient.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netdb.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char **argv)
{
struct ip_mreq mreq;
int serveraddress_len;
int client_socket;
struct sockaddr_in serveraddress;
//初始化地址
memset(&serveraddress,0,sizeof(serveraddress));
serveraddress.sin_family=AF_INET;
serveraddress.sin_port=htons(5555);
serveraddress.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
if((client_socket=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))<0){
perror("client");
return 0;
}
//绑定SOCKET
if(bind(client_socket,(struct sockaddr*)&serveraddress,sizeof(serveraddress))<0){
printf("bind");
return 0;
}
int opt=1;
if(setsockopt(client_socket,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt))<0){
printf("setsockopt1");
return 0;
}
//加入多播
mreq.imr_multiaddr.s_addr=inet_addr("244.0.1.100");
mreq.imr_interface.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
if(setsockopt(client_socket,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq))<0){
perror("setsockopt2");
return 0;
}
while(1){
char buf[200];
serveraddress_len=sizeof(serveraddress);
if(recvfrom(client_socket,buf,200,0,(struct sockaddr*)&serveraddress,(socklen_t *)serveraddress_len)<0){
perror("recvfrom");
}
printf("msg from server: %s\n",buf);
if(strcmp(buf,"quit")==0){
if(setsockopt(client_socket,IPPROTO_IP,IP_DROP_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq))<0){
perror("setsokopt3");
}
close(client_socket);
return 0;
}
}
return 0;
}
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