socket编程-TCP各函数及其用法

socket编程-TCP

socket主要类型

流套接字（SOCK_STREAM）

流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复送，并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务，原因在于其使用了传输控制协议，即TCP协议。

数据报套接字（SOCK_DGRAM）

数据报套接字提供一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性，数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。数据报套接字使用UDP协议进行数据的传输。由于数据报套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丢失情况，需要在应用层中做相应的处理。

原始套接字（SOCK_RAW）

原始套接字与标准套接字（标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据报套接字）的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包，而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据报套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送的数据必须使用原始套接。

实际应用中，数据报socket的应用场景比较少

流套接字（SOCK_STREAM)流程图

在这里插入图片描述

socket函数：socket函数用于创建一个新的socket，也就是向系统申请一个socket资源，socket函数用户客户端和服务端。socket()函数的返回值其本质是一个文件描述符，是一个整数。一般情况下，socket创建都会成功，除非系统资源耗尽，socket函数一般不会返回失败（-1）。其函数声明如下：

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

domain
协议域，又称协议族（family）。常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
type
指定socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式socket（SOCK_STREAM）是一种面向连接的socket，针对于面向连接的TCP服务应用。数据报式socket（SOCK_DGRAM）是一种无连接的socket，对应于无连接的UDP服务应用。
protocol
指定协议。常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

示例代码如下：

	//1.创建套接字
    int ServerSockFd;
    if((ServerSockFd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP))==-1)//socket创建失败
    {
        perror("socket 创建失败");
        return -1;
    }

sockaddr结构体与sockaddr_in结构体：

sockaddr在头文件#include <sys/socket.h>中定义，sockaddr的缺陷是：sa_data把目标地址和端口信息混在一起了，如下：

struct sockaddr {  
     sa_family_t sin_family;//地址族
　　  char sa_data[14]; //14字节，包含套接字中的目标地址和端口信息               
　　 };

sockaddr_in在头文件#include<netinet/in.h>或#include <arpa/inet.h>中定义，该结构体解决了sockaddr的缺陷，把port和addr 分开储存在两个变量中，如下：

/* Structure describing an Internet socket address.  */
struct sockaddr_in
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_);
    in_port_t sin_port;			/* Port number.  */
    struct in_addr sin_addr;		/* Internet address.  */
 
    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr)
			   - __SOCKADDR_COMMON_SIZE
			   - sizeof (in_port_t)
			   - sizeof (struct in_addr)];
  };

二者长度一样，都是16个字节，即占用的内存大小是一致的，因此可以互相转化。二者是并列结构，指向sockaddr_in结构的指针也可以指向sockaddr。
sockaddr常用于bind、connect、recvfrom、sendto等函数的参数，指明地址信息，是一种通用的套接字地址。
sockaddr_in 是internet环境下套接字的地址形式。所以在网络编程中我们会对sockaddr_in结构体进行操作，使用sockaddr_in来建立所需的信息，最后使用类型转化就可以了。一般先把sockaddr_in变量赋值后，强制类型转换后传入用sockaddr做参数的函数：sockaddr_in用于socket定义和赋值；sockaddr用于函数参数。

两个函数 htons() 和 inet_addr()。

htons()作用是将端口号由主机字节序转换为网络字节序的整数值。(host to net)
inet_addr()作用是将一个IP字符串转化为一个网络字节序的整数值，用于sockaddr_in.sin_addr.s_addr。
inet_ntoa()作用是将一个sin_addr结构体输出成IP字符串(network to ascii)。
htonl()将u_long从主机转换为 TCP/IP 网络字节顺序 (，这是大端)
已服务端为例进行演示

	//2.进行绑定，指定用于通信的ip地址和端口
    struct sockaddr_in ServerAddr;//服务端地址信息数据结构
    //将协议簇指定为ipv4
    ServerAddr.sin_family=AF_INET;
    //服务端程序绑定本主机的任意IP地址
    ServerAddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    服务端程序绑定指定ip
    //ServerAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
    ServerAddr.sin_port=htons(9000);

bind函数：服务端把用于通信的地址和端口绑定到socket上。如果绑定的地址错误，或端口已被占用，bind函数一定会报错，否则一般不会返回错误。如无错误发生，则bind()返回0。否则的话，将返回-1。其函数声明如下：

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

参数sockfd，需要绑定的socket，是一个文件描述符。
参数addr，存放了服务端用于通信的地址和端口，用结构体sockaddr_in强制转换得到。
参数addrlen，表示addr结构体的大小。
返回值：成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno 中。

示例代码如下：

	if(bind(ServerSockFd,(sockaddr*)&ServerAddr,sizeof(ServerAddr))!=0)
    {
        perror("bind failed");
        close(ServerSockFd);
        return -1;
    }

listen函数把主动连接socket变为被动连接的socket，使得这个socket可以接受其它socket的连接请求，从而成为一个服务端的socket。//返回：0-成功， -1-失败 listen函数一般不会返回错误。其函数声明如下：

int listen(int sockfd, int backlog);

参数sockfd，已经被bind过的socket。
socket函数返回的socket是一个主动连接的socket，在服务端的编程中，程序员希望这个socket可以接受外来的连接请求，也就是被动等待客户端来连接。需要通过某种方式来告诉系统当前的socket是可连接的，则可以通过调用listen函数来完成这件事。
参数backlog，这个参数涉及请求队列的大小。
当套接字正在处理客户端请求时，如果有新的请求进来，套接字是没办法处理的，只能把请求放进缓冲区，等待当前请求结束后，再从缓冲区中读取出来进行处理。如果不断有新的请求进来，按照先后顺序在缓冲区排队，直到缓冲区满，这个缓冲区就称为请求队列。
当调用listen之后，服务端的socket就可以调用accept来接受客户端的连接请求。

示例代码如下：

	//3.将socket设置为监听模式 listen成功返回0，失败返回-1
    if(listen(ServerSockFd, 5))
    {
        perror("listen failed");
        close(ServerSockFd);
        return -1;
    }

accept函数等待客户端的连接，如果没有客户端连上来，它就一直等待，这种方式称之为阻塞。accept等待到客户端的连接后，创建一个新的socket，函数返回值就是这个新的socket，服务端使用这个新的socket和客户端进行报文的收发。accept在等待的过程中，如果被中断或其它的原因，函数返回-1，表示失败，如果失败，可以重新accept。

// 返回值：成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno 中。
// accept在等待的过程中，如果被中断或其它的原因，函数返回-1，表示失败，如果失败，可以重新accept。
int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);

参数sockfd是已经被listen过的socket。
参数addr用于存放客户端的地址信息，用sockaddr结构体表达，如果不需要客户端的地址，可以填0。
参数addrlen用于存放addr参数的长度，如果addr为0，addrlen也填0。

示例代码如下：

	//4.接收客户端的请求
    int ClientSockFd;
    struct sockaddr_in ClientAddr;
    int len=sizeof(ClientAddr);
    if((ClientSockFd=accept(ServerSockFd, (sockaddr*)&ClientAddr, (socklen_t*)&len))==-1)
    {
        perror("accept failed");
        close(ServerSockFd);
        close(ClientSockFd);
        return -1;
    }

send函数用于把数据通过socket发送给对端。不论是客户端还是服务端，应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。

// 函数返回已发送的字符数。出错时返回-1，错误信息errno被标记
// 如果send函数返回的错误（<=0），表示通信链路已不可用。
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

sockfd：已建立好连接的socket。
buf：需要发送的数据的内存地址，可以是C语言基本数据类型变量的地址，也可以数组、结构体、字符串，内存中有什么就发送什么。
len：需要发送的数据的长度，为buf中有效数据的长度。
flags填0, 其他数值意义不大。

示例代码如下：

		if((ret=send(ClientSockFd,sen,sizeof(sen),0))==-1)
        {
            std::cout<<"send ret="<<ret<<std::endl;
            break;
        }
        std::cout<<"服务端发送："<<rec<<std::endl;
        std::cout<<"send ret="<<ret<<std::endl;

recv函数用于接收对端通过socket发送过来的数据。不论是客户端还是服务端，应用程序都用recv函数接收来自TCP连接的另一端发送过来数据。

// 函数返回已接收的字符数。出错时返回-1，失败时不会设置errno的值。
// 如果recv函数返回的错误（<=0），表示通信通道已不可用。
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

sockfd：已建立好连接的socket。
buf：用于接收数据的内存地址，可以是C语言基本数据类型变量的地址，也可以数组、结构体、字符串，只要是一块内存就行了。
len：需要接收数据的长度，不能超过buf的大小，否则内存溢出。
flags填0, 其他数值意义不大。

示例代码如下：

		//recv接收函数，失败返回-1
        if((ret=recv(ClientSockFd,rec,sizeof(rec),0))==-1)
        {
            std::cout<<"recv ret="<<ret<<std::endl;
            break;
        }

        std::cout<<"服务端接收："<<rec<<std::endl;
        std::cout<<"recv ret="<<ret<<std::endl;

connect函数用于将参数sockfd 的socket 连至参数serv_addr 指定的服务端，参数addrlen为sockaddr的结构长度。返回值：成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno 中。connect函数只用于客户端,，如果服务端的地址错了，或端口错了，或服务端没有启动，connect一定会失败。

int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr, int addrlen);

sockfd：标识未连接套接字的描述符。
serv_addr：指向应建立连接的 sockaddr 结构的指针。
addrlen：名称参数指向的 sockaddr 结构的长度（以字节为单位）

示例代码如下：

	//申请服务端地址信息数据结构 因为要与服务端进行相连
    struct sockaddr_in ServerAddr;
    //绑定端口和地址
    ServerAddr.sin_family=AF_INET;//ipv4
    ServerAddr.sin_port=htons(9000);
    ServerAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");

    //2.连接套接字
    if(connect(ClientSockFd, (sockaddr*)&ServerAddr, sizeof(ServerAddr))==-1)
    {
        perror("connect failed");
        return -1;
    }
    std::cout<<"客户端连接成功"<<std::endl;