socket通訊基礎

目錄

• 1、socket通訊的概念
• 2、套接字（socket）
• 3、socket通訊的過程
• 4、客戶/服務端模式
  • 服務端的工做流程
  • 二、客戶端的工做流程
• 5、注意事項
  • 一、別去糾纏細節
  • 二、服務端程序綁定地址
  • 三、服務端程序綁定的通訊端口
  • 四、客戶端程序指定服務端的ip地址
  • 五、客戶端程序指定服務端的通訊端口
  • 六、send函數
  • 七、recv函數
  • 八、服務端有兩個socket
  • 九、程序退出時先關閉socket
• 6、相關的庫函數
  • 一、socket函數
  • 二、gethostbyname函數
  • 三、connect函數
  • 四、bind函數
  • 五、listen函數
  • 六、accept函數
  • 七、函數小結
• 7、課後做業
• 8、版權聲明

各位兄弟，在學習Linux編程基礎以前，必定要先學習Linux基礎知識和計算機網絡基礎知識，若是對這兩方面的基礎知識和基本概念不熟，談不上Linux編程和網絡通訊編程。

1、socket通訊的概念

socket也稱做「套接字」，描述了計算機的IP地址和端口，運行在計算機中的程序之間採用socket進行數據通訊。通訊的兩端都有socket，它是一個通道，數據在兩個socket之間進行傳輸。

socket把複雜的TCP/IP協議族隱藏在socket接口後面，對程序員來講，只要用好socket相關的函數，就能夠完成數據通訊。

2、套接字（socket）

TCP提供了流（stream）和數據報（datagram）兩種通訊機制，因此套接字也分爲流套接字和數據報套接字。

流套接字的類型是SOCK_STREAM，它提供的是一個有序、可靠、雙向字節流的鏈接，所以發送的數據能夠確保不會丟失、重複或亂序到達，並且它還有出錯後從新發送的機制（就像兩我的在打電話，聊天您一句我一句，有來有往，沒聽清楚就再說一次）。

數據報套接的類型是SOCK_DGRAM，它不須要創建和維持一個鏈接，採用UDP/IP協議實現。它對能夠發送的數據的長度有限制，數據報做爲一個單獨的網絡消息被傳輸，它可能會丟失、複製或錯亂到達，UDP不是一個可靠的協議，可是它的速度比較高，由於它不須要創建和維持鏈接（就像一我的向另外一我的發短信，一條短信發出去，對方不必定能收到）。

在實際開發中，數據報套接字（即UDP）的應用場景極少，本章節只介紹流套接字。

3、socket通訊的過程

1）服務端程序將一個套接字綁定到指定的ip地址和端口，並經過此套接字等待和監聽客戶的鏈接請求。

2）客戶程序向服務端程序綁定的地址和端口發出鏈接請求。

3）服務端接受鏈接請求。

4）客戶端和服務端經過讀寫套接字進行通訊。

4、客戶/服務端模式

在TCP/IP網絡應用中，兩個程序之間通訊模式是客戶/服務端模式（client/server），客戶/服務端也叫做客戶/服務器，各人習慣。

服務端的工做流程

1）建立服務端的socket。

2）把服務端用於通訊的地址和端口綁定到socket上。

3）把socket設置爲監聽模式。

4）接受客戶端的鏈接。

5）與客戶端通訊，接收客戶端發過來的報文後，回覆處理結果。

6）不斷的重複第5）步，直到客戶端斷開鏈接。

7）關閉socket，釋放資源。

服務端示例（book242.cpp）

/*
 * 程序名：book242.cpp，此程序用於演示socket通訊的服務端
 * 做者：C語言技術網(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include "_public.h"

int main()
{
  // 第1步：建立服務端的socket。
  int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  

  // 第2步：把服務端用於通訊的地址和端口綁定到socket上。
  struct sockaddr_in servaddr;    // 服務端地址信息的數據結構。
  memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;  // 協議族，在socket編程中只能是AF_INET。
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);          // 任意ip地址。
  //servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("118.89.50.198"); // 指定ip地址。
  servaddr.sin_port = htons(5051);  // 指定通訊端口。
  if (bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0 )
  { perror("bind"); close(listenfd); return -1; }

  // 第3步：把socket設置爲監聽模式。
  if (listen(listenfd,5) != 0 ) { perror("listen"); close(listenfd); return -1; }

  // 第4步：接受客戶端的鏈接。
  int  clientfd;                  // 客戶端的socket。
  int  socklen=sizeof(struct sockaddr_in); // struct sockaddr_in的大小
  struct sockaddr_in clientaddr;  // 客戶端的地址信息。
  clientfd=accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,(socklen_t*)&socklen);
  printf("客戶端（%s）已鏈接。\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr));

  // 第5步：與客戶端通訊，接收客戶端發過來的報文後，回覆ok。
  char buffer[1024];
  while (1)
  {
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    if (recv(clientfd,buffer,sizeof(buffer),0)<=0) break;   // 接收客戶端的請求報文。
    printf("接收：%s\n",buffer);

    strcpy(buffer,"ok");
    if (send(clientfd,buffer,strlen(buffer),0)<=0) break;   // 向客戶端發送響應結果。
    printf("發送：%s\n",buffer);
  }

  // 第6步：關閉socket，釋放資源。
  close(listenfd); close(clientfd);  
}

二、客戶端的工做流程

1）建立客戶端的socket。

2）向服務器發起鏈接請求。

3）與服務端通訊，發送一個報文後等待回覆，而後再發下一個報文。

4）不斷的重複第3）步，直到所有的數據被髮送完。

5）第4步：關閉socket，釋放資源。

客戶端示例（book241.cpp）

/*
 * 程序名：book241.cpp，此程序用於演示socket的客戶端
 * 做者：C語言技術網(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include "_public.h"

int main()
{
  // 第1步：建立客戶端的socket。
  int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 

  // 第2步：向服務器發起鏈接請求。
  struct hostent* h; 
  if ( (h = gethostbyname("118.89.50.198")) == 0 )   // 指定服務端的ip地址。
  { perror("gethostbyname"); close(sockfd); return -1; }
  struct sockaddr_in servaddr;
  memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_port = htons(5051); // 指定服務端的通訊端口。
  memcpy(&servaddr.sin_addr,h->h_addr,h->h_length);
  if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0)  // 向服務端發起鏈接清求。
  { perror("connect"); close(sockfd); return -1; }

  char buffer[1024];
  
  // 第3步：與服務端通訊，發送一個報文後等待回覆，而後再發下一個報文。
  for (int ii=0;ii<3;ii++)
  {
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    sprintf(buffer,"這是第%d個超級女生，編號%03d。",ii+1,ii+1);
    if (send(sockfd,buffer,strlen(buffer),0)<=0) break;    // 向服務端發送請求報文。
    printf("發送：%s\n",buffer);
    
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    if (recv(sockfd,buffer,sizeof(buffer),0)<=0) break;    // 接收服務端返回的結果。
    printf("接收：%s\n",buffer);
  }

  // 第4步：關閉socket，釋放資源。
  close(sockfd);
}

在運行程序以前，必須保證服務器的防火牆已經開通了網絡訪問策略，若是您不明這句話的意思，說明您的Linux基礎知識不夠，請先學習Linux基礎知識以後再來學習socket通訊。

先啓動服務端程序book242，服務端啓動後，進入等待客戶端鏈接狀態，而後啓動客戶端。

客戶端的輸出以下：

服務端的輸出以下：

5、注意事項

一、別去糾纏細節

在socket通訊的客戶端和服務器的程序裏，出現了多種數據結構，調用了多個函數，涉及到不少方面的知識，對初學者來講，更重要的是瞭解socket通訊的過程、每段代碼的用途和函數調用的功能，不要去糾纏這些結構體和函數的參數，這些函數和參數雖然比較多，但能夠修改的很是少，別抄錯就能夠了，須要注意的地方我會提出。

二、服務端程序綁定地址

若是服務器有多個網卡，多個IP地址，socket通訊能夠指定用其中一個地址來進行通訊，也能夠任意ip地址。

1）指定ip地址的代碼

m_servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.149.129"); // 指定ip地址

2）任意ip地址的代碼

m_servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  // 本主機的任意ip地址

在實際開發中，採用任意ip地址的方式比較多。

三、服務端程序綁定的通訊端口

m_servaddr.sin_port = htons(5000);  // 通訊端口

四、客戶端程序指定服務端的ip地址

struct hostent* h; // ip地址信息的數據結構
if ( (h = gethostbyname("192.168.149.129")) == 0 )
{ perror("gethostbyname"); close(sockfd); return -1; }

五、客戶端程序指定服務端的通訊端口

servaddr.sin_port = htons(5000);

六、send函數

send函數用於把數據經過socket發送給對端。不管是客戶端仍是服務端，應用程序都用send函數來向TCP鏈接的另外一端發送數據。

函數聲明：

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

sockfd爲已創建好鏈接的socket。

buf爲須要發送的數據的內存地址，能夠是C語言基本數據類型變量的地址，也能夠數組、結構體、字符串，內存中有什麼就發送什麼。

len須要發送的數據的長度，爲buf中有效數據的長度。

flags填0, 其餘數值意義不大。

函數返回已發送的字符數。出錯時返回-1，錯誤信息errno被標記。

注意，就算是網絡斷開，或socket已被對端關閉，send函數不會當即報錯，要過幾秒纔會報錯。

若是send函數返回的錯誤（<=0），表示通訊鏈路已不可用。

七、recv函數

recv函數用於接收對端socket發送過來的數據。

recv函數用於接收對端經過socket發送過來的數據。不管是客戶端仍是服務端，應用程序都用recv函數接收來自TCP鏈接的另外一端發送過來數據。

函數聲明：

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

sockfd爲已創建好鏈接的socket。

buf爲用於接收數據的內存地址，能夠是C語言基本數據類型變量的地址，也能夠數組、結構體、字符串，只要是一塊內存就好了。

len須要接收數據的長度，不能超過buf的大小，不然內存溢出。

flags填0, 其餘數值意義不大。

若是socket的對端沒有發送數據，recv函數就會等待，若是對端發送了數據，函數返回接收到的字符數。出錯時返回-1，錯誤信息errno被標記。若是socket被對端關閉，返回值爲0。

若是recv函數返回的錯誤（<=0），表示通訊通道已不可用。

八、服務端有兩個socket

對服務端來講，有兩個socket，一個是用於監聽的socket，還有一個就是客戶端鏈接成功後，由accept函數建立的用於與客戶端收發報文的socket。

九、程序退出時先關閉socket

socket是系統資源，操做系統打開的socket數量是有限的，在程序退出以前必須關閉已打開的socket，就像關閉文件指針同樣，就像delete已分配的內存同樣，極其重要。

值得注意的是，關閉socket的代碼不能只在main函數的最後，那是程序運行的理想狀態，還應該在main函數的每一個return以前關閉。

6、相關的庫函數

一、socket函數

socket函數用於建立一個新的socket，也就是向系統申請一個socket資源。socket函數用戶客戶端和服務端。

函數聲明：

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

參數說明：

domain：協議域，又稱協議族（family）。經常使用的協議族有AF_INET、AF_INET六、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。協議族決定了socket的地址類型，在通訊中必須採用對應的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與端口號（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名做爲地址。

type：指定socket類型。經常使用的socket類型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式socket（SOCK_STREAM）是一種面向鏈接的socket，針對於面向鏈接的TCP服務應用。數據報式socket（SOCK_DGRAM）是一種無鏈接的socket，對應於無鏈接的UDP服務應用。

protocol：指定協議。經常使用協議有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分別對應TCP傳輸協議、UDP傳輸協議、STCP傳輸協議、TIPC傳輸協議。

說了一大堆廢話，第一個參數只能填AF_INET，第二個參數只能填SOCK_STREAM，第三個參數只能填0。

除非系統資料耗盡，socket函數通常不會返回失敗。

二、gethostbyname函數

把ip地址或域名轉換爲hostent 結構體表達的地址。

函數聲明：

struct hostent *gethostbyname(const char *name);

參數name，域名或者主機名，例如"192.168.1.3"、"www.freecplus.net"等。

返回值：若是成功，返回一個hostent結構指針，失敗返回NULL。

gethostbyname只用於客戶端。

gethostbyname只是把字符串的ip地址轉換爲結構體的ip地址，只要地址格式沒錯，通常不會返回錯誤。函數失敗不會設置errno的值。

三、connect函數

向服務器發起鏈接請求。

函數聲明：

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

函數說明：connect函數用於將參數sockfd 的socket 連至參數serv_addr
指定的服務端，參數addrlen爲sockaddr的結構長度。

返回值：成功則返回0, 失敗返回-1, 錯誤緣由存於errno 中。

connect函數只用於客戶端。

若是服務端的地址錯了，或端口錯了，或服務端沒有啓動，connect必定會失敗。

四、bind函數

服務端把用於通訊的地址和端口綁定到socket上。

函數聲明：

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

參數sockfd，須要綁定的socket。

參數addr，存放了服務端用於通訊的地址和端口。

參數addrlen表示addr結構體的大小。

若是綁定的地址錯誤，或端口已被佔用，bind函數必定會報錯，不然通常不會返回錯誤。

五、listen函數

listen函數把主動鏈接套接字變爲被動鏈接的套接字，使得這個socket能夠接受其它socket的鏈接請求，從而成爲一個服務端的socket。

函數聲明：

int listen(int sockfd, int backlog);

返回：0-成功， -1-失敗

參數sockfd是已經被bind過的套接字。socket函數返回的套接字是一個主動鏈接的套接字，在服務端的編程中，程序員但願這個套接字能夠接受外來的鏈接請求，也就是被動等待客戶端來鏈接。因爲系統默認時認爲一個套接字是主動鏈接的，因此須要經過某種方式來告訴系統，程序員經過調用listen函數來完成這件事。

參數backlog，這個參數涉及到一些網絡的細節，比較麻煩，填五、10都行，通常不超過30。

當調用listen以後，服務端的套接字就能夠調用accept來接受客戶端的鏈接請求。

listen函數通常不會返回錯誤。

六、accept函數

服務端接受客戶端的鏈接。

函數聲明：

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

參數sockfd是已經被listen過的套接字。

參數addr用於存放客戶端的地址信息，用sockaddr結構體表達，若是不須要客戶端的地址，能夠填0。

參數addrlen用於存放addr參數的長度，若是addr爲0，addrlen也填0。

accept函數等待客戶端的鏈接，若是沒有客戶端連上來，它就一直等待，這種方式稱之爲阻塞。

accept等待到客戶端的鏈接後，建立一個新的套接字，函數返回值就是這個新的套接字，服務端使用這個新的套接字和客戶端進行報文的收發。

accept在等待的過程當中，若是被中斷或其它的緣由，函數返回-1，表示失敗，若是失敗，能夠從新accept。

七、函數小結

服務端函數調用的流程是：socket->bind->listen->accept->recv/send->close

客戶端函數調用的流程是：socket->connect->send/recv->close

其中send/recv能夠進行屢次交互。

7、課後做業

1）把book241.cpp和book242.cpp抄下來，編譯運行，試試修改參數再運行。

2）book241.cpp和book242.cpp程序中，有些代碼不能動，有些代碼能夠動，把能動的都動一下，就算是抄代碼，也要抄個明白。

3）服務端的accept函數會阻塞，阻塞是專業名詞，即等待，能夠用代碼測試一下。

4）不論是服務端仍是客戶端recv函數也會阻塞，能夠用代碼測試一下。

5）修改book241.cpp和book242.cpp，實現點對點的聊天功能，用戶在客戶端輸入一個字符串，而後發送給服務端，服務端收到客戶端的報文後，也提示用戶輸入一個字符串，返回給客戶端，若是服務端收到客戶端的報文是「bye」通訊結束。

6）若是以上做業都能完成，建議再把本文章的內容再看一次，對文章開始部分的理論知識將有新的理解。

8、版權聲明

C語言技術網原創文章，轉載請說明文章的來源、做者和原文的連接。
來源：C語言技術網（www.freecplus.net）
做者：碼農有道

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