socket 基础

news2024/9/22 23:30:46

Socket是什么呢？

① Socket通常也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。

② Socket是连接运行在网络上的两个程序间的双向通信的端点。

③ 网络通讯其实指的就是Socket间的通讯。

④ 通讯的两端都有Socket，数据在两个Socket之间通过IO来进行传输。

或者更通俗的解释： socket = ip + port

Socket原理？

基于tcp连接的socket 连接图
在这里插入图片描述
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流式传输：“客户端”，
1.socket()函数；
2.bind()函数可有可无，加上指定传输端口，不加随机分配端口；
3.connect()函数，填写服务端的地址与端口【网络间通信AF_STREAM】或者路径【进程间通信AF_DGRAM】；
4.send()函数；
5.recv()函数。

流式传输：“服务端”，
1.socket()函数；
2.bind()函数，必须加上指定传输端口【网络间通信AF_STREAM】或者是路径【进程间通信AF_DGRAM】；
3.listen()函数，使用isockfd；
5.accepc()函数，生成新的fd，inewfd；
6.send()函数，inewfd；
7.recv()函数，inewfd。

socket 接口函数

#include<sys/socket.h>

//socket 函数
int socket(int domain, int type, int protocol)

    第一个参数domain指明了协议族，通常用AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL等。AF表示地址族，选择 AF_INET 的目的就是使用 IPv4 进行通信。因为 IPv4 使用 32 位地址，相比 IPv6 的 128 位来说，计算更快，便于用于局域网通信。
    第二个参数type是Socket类型，常用的Socket类型我们之前已经介绍过了分别是SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM因为我们要写的是TCP Socket编程所以我们使用SOCK_STREAM。
    第三个参数protocol表示传输协议一般取为0。因为一般情况下有了 domain和 type 两个参数就可以创建套接字了，操作系统会自动推演出协议类型，除非遇到这样的情况：有两种不同的协议支持同一种地址类型和数据传输类型。如果我们不指明使用哪种协议，操作系统是没办法自动推演的。
    
    example:
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //建立套接字，基于TCP
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0); //基于UDP
/=====================================================================/

//bind  函数  
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); 
    
    第一个参数sockfd为上一步创建socket时的返回值。
    第二个参数addr 为 sockaddr 结构体变量的指针。该类型的定义原型如下：

    struct sockaddr_in {
        short   sin_family;    //协议族，与前面Socket函数中提到的一样，我们这里使用AF_INET
        u_short sin_port;        //端口号，需要
        struct in_addr sin_addr;    //IP地址，需要使用网络序
        char    sin_zero[8];    //没有实际意义,只是为了跟SOCKADDR结构在内存中对齐
    };
    第三个参数addrlen为addr 变量的大小，可由 sizeof() 计算得出。
    
    example:
    struct sockaddr_in serv_addr;    //创建结构体变量
    servaddr.sin_family=AF_INET;    //sin_family指代协议族和前面讲述socket()的第一个参数的含义相同，取值也需跟socke函数第一个参数值一样。
    servaddr.sin_port=htons(2000);    //sin_port存储端口号（使用网络字节顺序，对于htons()函数我们还有单独一章的说明，2000这个端口转换为网络字节序列。
    //理论上端口号的取值范围为是0到65536，但0到1023的端口一般由系统分配给特定的服务程序，比如Web 服务的端口号为 80所以我们的程序要尽量在 1024~65536 之间分配端口号。
 
    servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");    //将iP地址127.0.0.1也就是本机地址转换为十进制
    bind(sockfd,(sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));    // 将套接字绑定到本地地址和端口上。
/=====================================================================/

//listen函数
int listen(int sockfd, int n);

    第一个参数为第一步sockfd创建socket时的返回值，套接字的描述符。
    第二个参数n用于指定接收队列的长度，也就是在Server程序调用accept函数之前最大允许进入的连接请求数，多余的连接请求将被拒绝，典型取值为5。

    example:
    listen(sockfd,5);//监听sockfd为创建套接字时的返回值。
/=====================================================================/
 
//accept函数        
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
    
    sockfd为建立socket函数返回的值。
    addr为 sockaddr 结构体变量的指针，这个参数是指针类型，是向外传内容的，即addr将在函数调用后填入对方(客户端)的地址信息，如对方的IP、端口等。
    addrlen为 addr变量的大小，可由 sizeof() 计算得出。   
    
    example:
    struct sockaddr_in clientaddr//创建客户端地址结构体
    int aID;//用来接收accept函数返回值
    aID = accept(sockfd,(sockaddr*)&clientaddr, sizeof( clientaddr));//等待接收客户连接请求
/=====================================================================/
        
//connect函数 
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    sockfd:socket文件描述符
    addr:传出参数，返回链接客户端地址信息，含IP地址和端口号
    addrlen:传入传出参数（值-结果）,传入sizeof(addr)大小，函数返回时返回真正接收到地址结构体的大小
    
    example:
    struct sockaddr_in server_addr;
    int cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    inet_pton(AF_INET, CLIENT_IP, &server_addr.sin_addr.s_addr);
    server_addr.sin_port = htons(6666);
    connect(cfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
/=====================================================================/
        
//recv函数（tcp) & recvfrom( 通常用于UDP）
int recv (int fd, void *buf, int n, int flags);
    
    第一个参数fd，表示连接成功的套接字描述符。
    注意：这一步对于服务端而言是上一步accept的返回值；对于客户端而言是connect的返回值，并非是第一步socket创建套接字的返回值，不要搞混！
    第二个参数buf，就是为要接收的数据所在的缓冲区地址，也就是一个空的字符数组的首地址，这里放结果。
    第三个参数len为要接收数据的字节数。
    第四个参数flags为发送数据时的附带标记 ，一般情况下设置为0。但可以选择下列设置:
    MSG_DONTROUTE：表示不使用指定路由，对send、sendto有效
    MSG_PEEK：对recv, recvfrom有效，表示读出网络数据后不清除已读的数据
    MSG_OOB：对发送接收都有效，表示发送或接受加急数据
    
    example:
    char recBuf[200];//定义一个字符串用来保存客户端发来的数据
    recv(fd,recBuf,200,0);//接收来自客户端或服务端的数据
    recv缺省是阻塞函数，直到收到信息或出错才会返回
/=====================================================================/
        
//send函数(tcp) & sendto(通常用于UDP）
int send (int fd, const void *buf, int n, int flags);
    
    第一个参数fd，表示连接成功的套接字描述符。
    注意：这一步对于服务端而言是上一步accept的返回值；对于客户端而言是connect的返回值，并非是第一步socket创建套接字的返回值，不要搞混！
    第二个参数buf为要发送的数据所在的缓冲区地址，即一个已经存好内容的字符数组
    第三个参数len为要发送的数据的实际字节数+1。
    第四个参数flags为发送数据时的附带标记 ，一般情况下设置为0。但可以选择下列设置:
    MSG_DONTROUTE：表示不使用指定路由，对send、sendto有效 
    MSG_PEEK：对recv, recvfrom有效，表示读出网络数据后不清除已读的数据 
    MSG_OOB：对发送接收都有效，表示发送或接受加急数据
    
    example:
    char sendBuf[200];//定义一个数组用来保存发送的数据
    send(fd,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);//用来发送服务端或客户端的数据
    与recv同样，send函数缺省也是阻塞函数，直到发送完毕或出错才会返回。
    需要注意，如果函数返回值与参数len不相等，则剩余未发送的信息需要再次发送
    
/=====================================================================/
        
//close函数 && shutdown函数 
int close (int fd);
int shutdown (int fd, int how)    
     /* how determines what to shut down:
     SHUT_RD   = No more receptions;
     SHUT_WR   = No more transmissions;
     SHUT_RDWR = No more receptions or transmissions.*/
        
/=====================================================================/

socket 类似tcp 的工作原理

在这里插入图片描述
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基于TCP（面向连接）的socket编程——流式套接字（SOCK_STREAM)

server.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>

#define PORT 23		//端口号
#define BACKLOG 5	//最大监听数

int main()
{
    int iSocketFD = 0;  //socket句柄
    int iRecvLen = 0;   //接收成功后的返回值
    int new_fd = 0; 	//建立连接后的句柄
    char buf[4096] = {0}; //
    struct sockaddr_in stLocalAddr = {0}; //本地地址信息结构图，下面有具体的属性赋值
    struct sockaddr_in stRemoteAddr = {0}; //对方地址信息
    socklen_t socklen = 0;
    
    //建立socket
    iSocketFD = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
    if(0 > iSocketFD)
    {
        printf("创建socket失败！\n");
        return 0;
    }	
    
    stLocalAddr.sin_family = AF_INET;  /*该属性表示接收本机或其他机器传输*/
    stLocalAddr.sin_port = htons(PORT); /*端口号*/
    stLocalAddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); /*IP，括号内容表示本机IP*/
    
    //绑定地址结构体和socket
    if(0 > bind(iSocketFD, (void *)&stLocalAddr, sizeof(stLocalAddr)))
    {
        printf("绑定失败！\n");
        return 0;
    }
    
    //开启监听 ，第二个参数是最大监听数
    if(0 > listen(iSocketFD, BACKLOG))
    {
        printf("监听失败！\n");
        return 0;
    }
    
    printf("iSocketFD: %d\n", iSocketFD);	
    //在这里阻塞知道接收到消息，参数分别是socket句柄，接收到的地址信息以及大小 
    new_fd = accept(iSocketFD, (void *)&stRemoteAddr, &socklen);
    if(0 > new_fd)
    {
        printf("接收失败！\n");
        return 0;
    }else{
        printf("接收成功！\n");
        //发送内容，参数分别是连接句柄，内容，大小，其他信息（设为0即可） 
        send(new_fd, "这是服务器接收成功后发回的信息!", sizeof("这是服务器接收成功后发回的信息!"), 0);
    }
    
    printf("new_fd: %d\n", new_fd);	
    iRecvLen = recv(new_fd, buf, sizeof(buf), 0);	
    if(0 >= iRecvLen)    //对端关闭连接 返回0
    {	
        printf("接收失败或者对端关闭连接！\n");
    }else{
        printf("buf: %s\n", buf);
    }
    
    close(new_fd);
    close(iSocketFD);
    
    return 0;
}

client.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
 
#define PORT 23			//目标地址端口号
#define ADDR "192.168.1.230" //目标地址IP
 
int main()
{
    int iSocketFD = 0; //socket句柄
    unsigned int iRemoteAddr = 0;
    struct sockaddr_in stRemoteAddr = {0}; //对端，即目标地址信息
    socklen_t socklen = 0;  	
    char buf[4096] = {0}; //存储接收到的数据
    
    //建立socket
    iSocketFD = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
    if(0 > iSocketFD)
    {
        printf("创建socket失败！\n");
        return 0;
    }	
    //绑定服务器的ip地址和端口
    stRemoteAddr.sin_family = AF_INET;
    stRemoteAddr.sin_port = htons(PORT);
    inet_pton(AF_INET, ADDR, &iRemoteAddr);
    stRemoteAddr.sin_addr.s_addr=iRemoteAddr;
    
    //connet()连接方法： 传入句柄，目标地址，和大小
    if(0 > connect(iSocketFD, (void *)&stRemoteAddr, sizeof(stRemoteAddr)))
    {
        printf("连接失败！\n");
        //printf("connect failed:%d",errno);//失败时也可打印errno
    }else{
        printf("连接成功！\n");
        recv(iSocketFD, buf, sizeof(buf), 0);//将接收数据打入buf，参数分别是句柄，储存处，最大长度，其他信息（设为0即可）。 
        printf("Received:%s\n", buf);
    }
    
    close(iSocketFD);//关闭socket	
    return 0;
}

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