Socket编程基础

Author： bear
发布时间：March 3, 2020
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1484 words
Categories： IT

尽管之前已经看过Socket编程相关的书，但是没有付诸实践，所以很多知识只是浮于表面的了解了，算不上理解内化，趁着这次网络安全课程的第一个实验作业（实现局域网内所有主机的端口扫描），重新温习一下

参考：《TCP/IP网络编程》人民邮电出版社、南航大网络安全课程（陈兵）PPT

基本原理

如何确定一个服务

IP Address + Port
Port分类
- Well-known port (0~1023)
  
  FTP:20/21
  
  Telnet:23
  
  POP3:110
  
  SMTP:25
- Registered port
  
  Oracle:1521,1526
  
  Sybase:5000
工作流程

基本函数

SOCKET

功能：创建一个SOCKET标识

格式：socket( int family，int type，int protocol)

family

协议簇信息
- PF_INET：IPV4互联网协议族(常用)
- PF_INET6：IPV6互联网协议族
- PF_LOCAL：本地通信的UNIX协议族
type

数据传输方式
- SOCK_STREAM：面向连接
- SOCK_DGRAM：面向消息（无连接）
- SOCK_RAW
protocol

一般为0

地址的结构体定义

struct sockaddr_in{
    u_char   sin_len;           //地址总长度
    u_char   sin_family;        //地址族
    u_short  sin_port;          //16位TCP/UDP端口号
    struct in_addr sin_addr;    //32位IP地址
    char sin_zero[8];           //不使用,填充为0
}

该结构体中的in_addr定义如下

struct in_addr{
    In_addr_t s_addr;   //32位IPV4地址
}

BIND

功能：为一个没有名字的套接字指定一个名字

格式：bind(int sockfd, struct sockaddr *myaddr, int addrlen)

sockfd：已经创建的socket标识符
myaddr：服务方地址，指明服务方的地址和服务端口号
addrlen：地址长度

成功返回>0，失败返回<0

引用自：

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>

CONNECT

功能：与服务器建立连接

格式：connect(int sockfd, struct sockaddr *servaddr, int addrlen)

sockfd：已绑定的socket标识符
servaddr：服务方地址，指明服务方的地址和服务端口号
addrlen：地址长度

成功返回>0，失败返回<0

LISTEN

功能：服务器设置请求队列数

格式：listen( sockfd, max_numb )

sockfd:：已经绑定的socket标识符；
max_numb：能同时处理的请求数

成功返回>0，失败返回<0

ACCEPT

功能：服务器从队列中取出一个请求进行处理

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

sockfd：利用系统调用socket()建立的套接字描述符
addr：该结构用通讯层服务器对等套接字的地址(一般为客户端地址)填写
addrle

返回>0:新的标识符，<0失败

SEND/RECV

功能：进行数据的发送和接收

格式：

send(int sockfd, char *buff, int nbytes, int flag)

recv(int sockfd, char *buff, int nbytes, int flags)

buff：发送的内容或者接收缓冲区
nbytes：发送或者接收缓冲区的长度
flag：数据类型，缺省为0
- MSG_OOB：发送或接收加急数据；
- MSG_PEEK：观察输入报文；
- MSG_DONTROUTE：旁路路由选择；

返回世界发送或接收的字符数

CLOSE

功能：关闭Socket

格式：close( sockfd )

成功返回>0，失败返回<0

拓展函数

网络字节序与地址变换

网络字节序与本地字节序

不同机器中数据字节序按照大端或者按照小端存储，为了避免不同的机器传输数据导致的错误，将数据全部转换为网络字节序

  unsigned short htons(unsigned short);   //把short型数据从主机字节序转化为网络字节序
  unsigned short ntohs(unsigned short);
  unsigned short htonl(unsigned long);
  unsigned short ntohl(unsigned long);

将字符串信息转换为网络字节序的整数型
```
  #include<arpa/inet.h>
  in_addr_t inet_addr(const char* string);
  //成功返回32位大端序整数型，失败时返回INADDR_NONE
```
inet_aton函数与inet_addr函数在功能上相同，只不过将IP地址直接填入了in_addr结构体变量中

将网络字节整数型IP地址转化字符串型

  #include<arpa/inet.h>
  char* inet_ntoa(struct in_addr adr);
  //成功返回转换的字符串地址值，失败返回-1

网络地址的初始化与分配

struct sockaddr_in addr;
char * serv_ip="211.217.168.13";
char * serv_port="9190";
memset(&addr,0,sizeof(addr));//结构体变量addr的所有成员初始化为0
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(serv_ip);
addr.sin_port=htos(atoi(serv_port));

INADDR_ANY

struct sockaddr_in addr;
char * serv_port="9190";
memset(&addr,0,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
addr.sin_port=htos(atoi(serv_port));

这种方式可以自动获取服务器的计算机IP，而且如果同一个计算机有多个IP，只要端口号已知就行，服务器中优先考虑这种方式，客户端一般不采用

一个网络编程的"hello world"

服务端

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

void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock;
    int clnt_sock;

    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size;

    char message[]="Hello World!";

    if(argc!=2)
    {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock == -1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family=AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr=htonl (INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr))==-1)
        error_handling("bind() error");

    if(listen(serv_sock, 5)==-1)
        error_handling("listen() error");

    clnt_addr_size=sizeof(clnt_addr);
    clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
    if(clnt_sock==-1)
        error_handling("accept() error");

    write(clnt_sock, message, sizeof(message));
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

客户端

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

void error_handling(char*message);

int main(int argc,char* argv[])
{
    int sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char message[30];
    int str_len;

    if(argc!=3)
    {
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n",argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sock==-1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family=AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
    serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//atoi():把字符型转换为整型

    if(connect(sock,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr))==-1)
        error_handling("socket() error");

    str_len=read(sock,message,sizeof(message)-1);
    if(str_len==-1)
        error_handling("socket() error");

    printf("Message from server : %s \n",message);
    close(sock);
    return 0;
}

void error_handling(char*message)
{
    fputs(message,stderr);
    fputc('\n',stderr);
    exit(1);
}

其实后面还有并发处理、域名解析等很多东西还没看，后续做端口扫描工具的时候再看吧

Last modification：November 17th, 2020 at 02:54 pm

Socket编程基础

bear • 2020 年 03 月 03 日

参考：《TCP/IP网络编程》人民邮电出版社、南航大网络安全课程（陈兵）PPT

基本原理

如何确定一个服务

IP Address + Port
Port分类
- Well-known port (0~1023)
  
  FTP:20/21
  
  Telnet:23
  
  POP3:110
  
  SMTP:25
- Registered port
  
  Oracle:1521,1526
  
  Sybase:5000
工作流程

基本函数

SOCKET

功能：创建一个SOCKET标识

格式：socket( int family，int type，int protocol)

family

协议簇信息
- PF_INET：IPV4互联网协议族(常用)
- PF_INET6：IPV6互联网协议族
- PF_LOCAL：本地通信的UNIX协议族
type

数据传输方式
- SOCK_STREAM：面向连接
- SOCK_DGRAM：面向消息（无连接）
- SOCK_RAW
protocol

一般为0

地址的结构体定义

struct sockaddr_in{
    u_char   sin_len;           //地址总长度
    u_char   sin_family;        //地址族
    u_short  sin_port;          //16位TCP/UDP端口号
    struct in_addr sin_addr;    //32位IP地址
    char sin_zero[8];           //不使用,填充为0
}

该结构体中的in_addr定义如下

struct in_addr{
    In_addr_t s_addr;   //32位IPV4地址
}

BIND

功能：为一个没有名字的套接字指定一个名字

格式：bind(int sockfd, struct sockaddr *myaddr, int addrlen)

sockfd：已经创建的socket标识符
myaddr：服务方地址，指明服务方的地址和服务端口号
addrlen：地址长度

成功返回>0，失败返回<0

引用自：

#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>

CONNECT

功能：与服务器建立连接

格式：connect(int sockfd, struct sockaddr *servaddr, int addrlen)

sockfd：已绑定的socket标识符
servaddr：服务方地址，指明服务方的地址和服务端口号
addrlen：地址长度

成功返回>0，失败返回<0

LISTEN

功能：服务器设置请求队列数

格式：listen( sockfd, max_numb )

sockfd:：已经绑定的socket标识符；
max_numb：能同时处理的请求数

成功返回>0，失败返回<0

ACCEPT

功能：服务器从队列中取出一个请求进行处理

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

sockfd：利用系统调用socket()建立的套接字描述符
addr：该结构用通讯层服务器对等套接字的地址(一般为客户端地址)填写
addrle

返回>0:新的标识符，<0失败

SEND/RECV

功能：进行数据的发送和接收

格式：

send(int sockfd, char *buff, int nbytes, int flag)

recv(int sockfd, char *buff, int nbytes, int flags)

buff：发送的内容或者接收缓冲区
nbytes：发送或者接收缓冲区的长度
flag：数据类型，缺省为0
- MSG_OOB：发送或接收加急数据；
- MSG_PEEK：观察输入报文；
- MSG_DONTROUTE：旁路路由选择；

返回世界发送或接收的字符数

CLOSE

功能：关闭Socket

格式：close( sockfd )

成功返回>0，失败返回<0

拓展函数

网络字节序与地址变换

网络字节序与本地字节序

不同机器中数据字节序按照大端或者按照小端存储，为了避免不同的机器传输数据导致的错误，将数据全部转换为网络字节序

  unsigned short htons(unsigned short);   //把short型数据从主机字节序转化为网络字节序
  unsigned short ntohs(unsigned short);
  unsigned short htonl(unsigned long);
  unsigned short ntohl(unsigned long);

将字符串信息转换为网络字节序的整数型
```
  #include<arpa/inet.h>
  in_addr_t inet_addr(const char* string);
  //成功返回32位大端序整数型，失败时返回INADDR_NONE
```
inet_aton函数与inet_addr函数在功能上相同，只不过将IP地址直接填入了in_addr结构体变量中

将网络字节整数型IP地址转化字符串型

  #include<arpa/inet.h>
  char* inet_ntoa(struct in_addr adr);
  //成功返回转换的字符串地址值，失败返回-1

网络地址的初始化与分配

struct sockaddr_in addr;
char * serv_ip="211.217.168.13";
char * serv_port="9190";
memset(&addr,0,sizeof(addr));//结构体变量addr的所有成员初始化为0
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(serv_ip);
addr.sin_port=htos(atoi(serv_port));

INADDR_ANY

struct sockaddr_in addr;
char * serv_port="9190";
memset(&addr,0,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
addr.sin_port=htos(atoi(serv_port));

这种方式可以自动获取服务器的计算机IP，而且如果同一个计算机有多个IP，只要端口号已知就行，服务器中优先考虑这种方式，客户端一般不采用

一个网络编程的"hello world"

服务端

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

void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock;
    int clnt_sock;

    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size;

    char message[]="Hello World!";

    if(argc!=2)
    {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock == -1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family=AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr=htonl (INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr))==-1)
        error_handling("bind() error");

    if(listen(serv_sock, 5)==-1)
        error_handling("listen() error");

    clnt_addr_size=sizeof(clnt_addr);
    clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
    if(clnt_sock==-1)
        error_handling("accept() error");

    write(clnt_sock, message, sizeof(message));
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

客户端

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

void error_handling(char*message);

int main(int argc,char* argv[])
{
    int sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char message[30];
    int str_len;

    if(argc!=3)
    {
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n",argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sock==-1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family=AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);
    serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//atoi():把字符型转换为整型

    if(connect(sock,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr))==-1)
        error_handling("socket() error");

    str_len=read(sock,message,sizeof(message)-1);
    if(str_len==-1)
        error_handling("socket() error");

    printf("Message from server : %s \n",message);
    close(sock);
    return 0;
}

void error_handling(char*message)
{
    fputs(message,stderr);
    fputc('\n',stderr);
    exit(1);
}

其实后面还有并发处理、域名解析等很多东西还没看，后续做端口扫描工具的时候再看吧

基本原理

基本函数

SOCKET

BIND

CONNECT

LISTEN

ACCEPT

SEND/RECV

CLOSE

拓展函数

网络字节序与地址变换

网络地址的初始化与分配

一个网络编程的"hello world"

服务端

客户端