socket

socket（套接字），用于网络中不同主机间进程的通信。

socket是一个伪文件，包含读缓冲区、写缓冲区。

socket必须成对出现。

socket可以建立主机进程间的通信，但需要协议（IPV4、IPV6等）、port端口、IP地址。

客户端服务端socket网络通信步骤

客户端：

（1）创建socket套接字。

a）socket函数。

（2）连接服务器。

a）指定服务器的IP协议（IPV4或IPV6）、port、IP地址。

b）connect函数。

（3）读写数据。

（4）关闭socket。

服务器端：

（1）创建socket套接字。

a）此socket套接字一直用于后续的监听连接。

b）socket函数。

（2）绑定本机IP地址和port。

b）bind函数。

（3）监听。

a）将socket套接字由主动变为被动。

b）创建未完成连接队列、已完成连接队列；未完成连接接经历3次握手才变成已完成连接。

c）listen函数。

（4）提取。

a）从已完成连接队列提取连接，创建一个新的已连接socket套接字用于和客户端通信。

b）accept函数。

（5）读写数据。

（6）关闭socket。

socket相关结构体和函数

（1）IPV4套接字结构体

#include<netinet/in.h>

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; /* 协议：AF_INET */
    in_port_t      sin_port;   /* 端口 */
    struct in_addr sin_addr;   /* IP地址 */
};

/* Internet address. */
struct in_addr {
    uint32_t       s_addr;     /* IP地址的网络字节序 */
};

（2）IPV6套接字结构体

#include<netinet/in6.h>

struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */
    in_port_t       sin6_port;     /* port number */
    uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
    struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */
    uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};

struct in6_addr {
    unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */
};

（3）通用套接字结构体

为了接口通用，出现通用套接字结构体。

#include<sys/socket.h>

struct sockaddr {
    sa_family_t sa_family; /* AF_INET 或 AF_INET6 */
    char sa_data[14]; /* address data */
};

（4） socke函数：创建套接字

#include<sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol);
/*
功能：
    创建套接字
参数：
    domain：
        AF_INET
        AF_INET6
        等等
    type：
        SOCK_STREAM：TCP流式套接字
        SOCK_DGRAM：UDP报式套接字
        SOCK_RAW：组包更多
        等等
    protocol：0，自动填充
返回值：
    成功：文件描述符
    失败：-1
*/

（5）connect函数：客户端连接服务器

#include<sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
/*
功能：
    连接服务器
参数：
    sockfd：套接字文件描述符
    addr：IPV4套接字结构体地址 强转为通用套接字结构体
              包含目的主机的IP和port
    addrlen：IPV4套接字结构体大小
返回值：
    成功：0
    失败：-1，并设置errno
        EACCES：权限不足或被防火墙拒绝
        EADDRINUSE：本地地址已被其他套接字使用
        ECONNREFUSED：远程主机拒绝连接
        ETIMEDOUT：连接超时
*/

（6）bind函数：服务器端绑定自己固定的IP和port

#include<sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t addrlen);
/*
功能：
    给套接字sockfd绑定固定的的IP地址和port
参数：
    sockfd：套接字文件描述符
    addr：IPV4套接字结构体地址
    addrlen：IPV4套接字结构体大小
返回值：
    成功：0
    失败：-1
*/

（7）listen函数：服务器端监听是否有连接请求

#include<sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);
/*
功能：
    监听是否有客户端请求连接
参数：
    sockfd：套接字文件描述符
    backlog：已完成连接数量与未完成连接数量之和的最大值，一般写128
返回值：
    成功：0
    失败：-1
*/

（8）accept函数：从已完成连接队列提取连接

#include<sys/socket.h>

int accept(int sockfd, struct sockaddr* addr, socklen_t* addrlen);
/*
功能：
    从已完成连接队列提取连接
参数：
    sockfd：套接字文件描述符
    addr：IPV4套接字结构体地址，以获取的客户端IP和port信息
    addrlen：存储IPV4套接字结构体大小的变量的地址。
返回值：
    成功：新连接socket的文件描述符
    失败：-1
*/

TCP客户端连接服务器示例：

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

int main() {

    /* 1.创建socket */
    int sock_fd;
    sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    /* 2.连接服务器 */
    // IPV4套接字结构体
    struct sockaddr_in addr;
    // IPV4
    addr.sin_family = AF_INET;
    // 服务器的port，转为网络字节序
    addr.sin_port = htons(8888);
    // 服务器IP地址，转为网络字节序存入addr.sin_addr.s_addr
    inet_pton(AF_INET, "192.168.0.11", &addr.sin_addr.s_addr);
    // 连接
    connect(sock_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));

    /* 3.读写数据 */
    char buf[1024] = "";
    while (1) {
        int n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));  // 从终端读入buf
        write(sock_fd, buf, n);
        n = read(sock_fd, buf, sizeof(buf));
        write(STDOUT_FILENO, buf, n);
    }

    /* 4.关闭 */
    close(sock_fd);

    return 0;
}

运行结果：

TCP服务器端示例：

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

int main(int argc, const char* argv[]) {

    /* 1.创建socket */
    int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    /* 2.绑定本机IP地址和port */
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(8000);
    // INADDR_ANY为0，表示绑定通配地址，即本地所有IP地址
    // addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; 
    inet_pton(AF_INET, "192.168.124.128", &addr.sin_addr.s_addr);
    int ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
    if(ret < 0) {
        perror("bind");
        exit(0);
    }

    /* 3.监听 */
    listen(lfd, 128);

    /* 4.提取 */
    struct sockaddr_in cliaddr;
    socklen_t len = sizeof(cliaddr);
    int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &len);
    char ip[16] = "";
    printf("新连接到来！IP：%s, port：%d\n", 
                inet_ntop(AF_INET, &(cliaddr.sin_addr.s_addr), ip, 16), 
                ntohs(cliaddr.sin_port));

    /* 5.读写 */
    char buf[1024] = "";
    while (1) {
        bzero(buf, sizeof(buf));
        int n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));  // 从终端读入buf
        write(cfd, buf, n);
        n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
        printf("%s", buf);
    }

    /* 6.关闭 */
    close(lfd);
    close(cfd);

    return 0;
}

运行结果：