网络面试题

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#Net 2024-08-28

socket 编程

服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，while-true里调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

server

以下是一个简单的使用C语言实现的Socket服务端代码示例，该服务端将持续监听特定端口，并接收来自客户端的连接：

// server
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <stdbool.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

void error(int server_fd){
    perror("listen failed");
    close(server_fd);
    exit(EXIT_FAILURE);
}

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};

    // 创建套接字
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定地址和端口
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        error(server_fd);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        error(server_fd);
    }

    while(true){
        printf("Waiting for a connection...\n");

        // 接受客户端连接
        if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
            error(server_fd);
        }

        // 读取客户端消息
        read(new_socket, buffer, BUFFER_SIZE);
        printf("Message received: %s\n", buffer);

        char* response = "Nihao, Client!";
        // 回显消息给客户端
        send(new_socket, response, strlen(response)<=BUFFER_SIZE?strlen(response):BUFFER_SIZE, 0);
        printf("Message echoed back to client\n");

        close(new_socket);  // 关闭与当前客户端的连接
    }
    // 关闭服务器套接字（一般不会到这一步，因为while(1)是无限循环）
    close(server_fd);
    
    return 0;
}

1. 创建Socket：使用socket()函数创建一个套接字，AF_INET表示使用IPv4协议，SOCK_STREAM表示使用TCP协议。
2. 绑定Socket：通过bind()函数将套接字绑定到特定的IP地址和端口号。
3. 监听端口：使用listen()函数使套接字进入监听状态，等待客户端连接。
4. 接受连接：accept()函数会阻塞程序，直到有客户端连接。成功连接后会返回一个新的套接字用于与客户端通信。
5. 读取数据：通过read()函数读取客户端发送的数据，并在服务器端打印出来。
6. 发送响应：使用send()函数将响应消息发送回客户端。
7. 关闭连接：通过close()函数关闭与客户端的连接。

这个服务端程序会持续运行并处理来自多个客户端的连接。

client

// client
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char *message = "Hello, Server!";
    char buffer[BUFFER_SIZE] = {0};

    // 创建套接字
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("Socket creation error\n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 将服务器地址转换为二进制
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("Invalid address/ Address not supported\n");
        return -1;
    }

    // 连接到服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("Connection Failed\n");
        return -1;
    }
    
    // 发送消息到服务器
    send(sock, message, strlen(message), 0);
    printf("Message sent: %s\n", message);

    // 读取服务器回显的消息
    read(sock, buffer, BUFFER_SIZE);
    printf("Message received from server: %s\n", buffer);
    
    close(sock);
    return 0;
}

1. 创建Socket：使用socket()函数创建一个套接字，AF_INET表示使用IPv4协议，SOCK_STREAM表示使用TCP协议。
2. 设置服务器地址：指定服务器的IP地址和端口号，inet_pton()函数将IPv4地址从文本形式转换为二进制形式。
3. 连接服务器：通过connect()函数尝试与服务器建立连接。
4. 发送消息：使用send()函数将消息发送给服务器。
5. 读取响应：通过read()函数读取服务器返回的数据，并打印出来。
6. 关闭套接字：通过close()函数关闭与服务器的连接。

运行这个客户端程序时，它会连接到在本地IP地址127.0.0.1、端口8080上运行的服务器，发送一个消息，然后接收并打印来自服务器的响应。

socket 函数

在上述C语言Socket编程示例中，涉及了几个关键的Socket相关函数和参数。以下是这些函数和参数的详细解释：

1. socket()

int socket(int domain, int type, int protocol);

• 功能: 创建一个新的套接字（Socket），并返回一个文件描述符，用于后续的网络通信。
• 参数:
  • domain: 协议族。常用的选项包括：
    • AF_INET: IPv4协议。
    • AF_INET6: IPv6协议。
  • type: 套接字类型。常用的选项包括：
    • SOCK_STREAM: 面向连接的TCP协议。
    • SOCK_DGRAM: 无连接的UDP协议。
  • protocol: 通常为0，表示使用默认协议。对于SOCK_STREAM，默认为TCP；对于SOCK_DGRAM，默认为UDP。

2. bind()

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• 功能: 将套接字绑定到一个指定的IP地址和端口号上。
• 参数:
  • sockfd: socket()返回的文件描述符。
  • addr: 一个指向struct sockaddr类型的指针，包含IP地址和端口号信息。
  • addrlen: addr结构体的大小（字节数）。

3. listen()

int listen(int sockfd, int backlog);

• 功能: 使服务器套接字进入被动监听状态，等待客户端连接。
• 参数:
  • sockfd: socket()返回的文件描述符。
  • backlog: 等待连接队列的最大长度。

4. accept()

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

• 功能: 从已连接队列中提取第一个连接请求，创建一个新套接字用于与客户端通信。
• 参数:
  • sockfd: socket()返回的文件描述符（监听套接字）。
  • addr: 一个指向struct sockaddr类型的指针，用于存储客户端的IP地址和端口号。
  • addrlen: addr结构体的大小（字节数），传入时需要初始化，返回时会被更新为实际大小。

5. connect()

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• 功能: 客户端使用此函数连接到指定的服务器地址和端口。
• 参数:
  • sockfd: socket()返回的文件描述符。
  • addr: 一个指向struct sockaddr类型的指针，包含服务器的IP地址和端口号信息。
  • addrlen: addr结构体的大小（字节数）。

6. send()

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

• 功能: 通过套接字发送数据。
• 参数:
  • sockfd: 套接字文件描述符。
  • buf: 指向要发送的数据的指针。
  • len: 要发送的数据的长度。
  • flags: 通常设为0。可以设置为其他标志位，如MSG_DONTWAIT（非阻塞发送）等。

7. recv()

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

• 功能: 通过套接字接收数据。
• 参数:
  • sockfd: 套接字文件描述符。
  • buf: 指向接收缓冲区的指针。
  • len: 接收缓冲区的大小。
  • flags: 通常设为0。可以设置为其他标志位，如MSG_DONTWAIT（非阻塞接收）等。

8. close()

int close(int fd);

• 功能: 关闭套接字并释放相关资源。
• 参数:
  • fd: 套接字文件描述符。

9. inet_pton()

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

• 功能: 将IP地址从文本格式转换为二进制格式，存储在struct sockaddr_in或struct sockaddr_in6中。
• 参数:
  • af: 地址族（例如，AF_INET表示IPv4）。
  • src: 以字符串形式表示的IP地址（例如 "127.0.0.1"）。
  • dst: 用于存储转换后的二进制IP地址的缓冲区（通常为struct in_addr或struct in6_addr的成员）。

10. htons()

uint16_t htons(uint16_t hostshort);

• 功能: 将主机字节序转换为网络字节序。常用于将端口号从主机字节序转换为网络字节序，以确保在网络传输中的正确性。
• 参数:
  • hostshort: 要转换的端口号。

结构体 struct sockaddr_in

struct sockaddr_in {
    short int          sin_family;   // 地址族(AF_INET)
    unsigned short int sin_port;     // 端口号（网络字节序）
    struct in_addr     sin_addr;     // IP地址
    unsigned char      sin_zero[8];  // 填充字段，保持与`struct sockaddr`大小一致
};

• 解释:
  • sin_family: 协议族，通常为AF_INET表示IPv4。
  • sin_port: 端口号，使用htons()将端口号转换为网络字节序。
  • sin_addr: struct in_addr结构体，表示IPv4地址。
  • sin_zero: 填充字段，用于保证struct sockaddr_in与struct sockaddr大小一致。