Linux 下socket通信终极指南（附TCP、UDP完整代码）

linux下用socket通信，有TCP、UDP两种协议，网上的很多教程把两个混在了一起，或者只讲其中一种。现在我把自己这两天研究的成果汇总下来，写了一个完整的，适合初学者参考，也方便自己以后查阅。

首先讲什么是socket，不喜欢理论的可以略过。

Berkeley套接字应用程序接口（API）包括了一个用C语言写成的应用程序开发库，主要用于实现进程间通讯，在计算机网络通讯方面被广泛使用。（来自 wikipedia socket ）

下面介绍一下常用的socket API（也来自 wikipedia socket）

这个列表是一个Berkeley套接字API库提供的函数或者方法的概要：

• socket() 创建一个新的确定类型的套接字，类型用一个整型数值标识，并为它分配系统资源。
• bind() 一般用于服务器端，将一个套接字与一个套接字地址结构相关联，比如，一个指定的本地端口和IP地址。
• listen() 用于服务器端，使一个绑定的TCP套接字进入监听状态。
• connect() 用于客户端，为一个套接字分配一个自由的本地端口号。 如果是TCP套接字的话，它会试图获得一个新的TCP连接。
• accept() 用于服务器端。 它接受一个从远端客户端发出的创建一个新的TCP连接的接入请求，创建一个新的套接字，与该连接相应的套接字地址相关联。
• send()和recv(),或者write()和read(),或者recvfrom()和sendto(), 用于往/从远程套接字发送和接受数据。
• close() 用于系统释放分配给一个套接字的资源。 如果是TCP，连接会被中断。
• gethostbyname()和gethostbyaddr() 用于解析主机名和地址。
• select() 用于修整有如下情况的套接字列表： 准备读，准备写或者是有错误。
• poll() 用于检查套接字的状态。 套接字可以被测试，看是否可以写入、读取或是有错误。
• getsockopt() 用于查询指定的套接字一个特定的套接字选项的当前值。
• setsockopt() 用于为指定的套接字设定一个特定的套接字选项。

更多的细节如下给出。

socket()

socket() 为通讯创建一个端点，为套接字返回一个文件描述符。 socket() 有三个参数：

• domain 为创建的套接字指定协议集。 例如：
  • PF_INET 表示IPv4网络协议
  • PF_INET6 表示IPv6
  • PF_UNIX 表示本地套接字（使用一个文件）
• type 如下：
  • SOCK_STREAM （可靠的面向流服务或流套接字）
  • SOCK_DGRAM （数据报文服务或者数据报文套接字）
  • SOCK_SEQPACKET （可靠的连续数据包服务）
  • SOCK_RAW (在网络层之上的原始协议)。
• protocol 指定实际使用的传输协议。 最常见的就是IPPROTO_TCP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_DCCP。这些协议都在<netinet/in.h>中有详细说明。 如果该项为“0”的话，即根据选定的domain和type选择使用缺省协议。

如果发生错误，函数返回值为-1。 否则，函数会返回一个代表新分配的描述符的整数。

原型：

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

bind()

bind() 为一个套接字分配地址。当使用socket()创建套接字后，只赋予其所使用的协议，并未分配地址。在接受其它主机的连接前，必须先调用bind()为套接字分配一个地址。bind()有三个参数：

• sockfd, 表示使用bind函数的套接字描述符
• my_addr, 指向sockaddr结构（用于表示所分配地址）的指针
• addrlen, 用socklen_t字段指定了sockaddr结构的长度

如果发生错误，函数返回值为-1，否则为0。

原型

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

[编辑]listen()

当socket和一个地址绑定之后，listen()函数会开始监听可能的连接请求。然而，这只能在有可靠数据流保证的时候使用，例如：数据类型(SOCK_STREAM,SOCK_SEQPACKET)。

listen()函数需要两个参数：

• sockfd, 一个socket的描述符.
• backlog, 一个决定监听队列大小的整数，当有一个连接请求到来，就会进入此监听队列，当队列满后，新的连接请求会返回错误。当请求被接受，返回 0。反之，错误返回 -1。

原型:

int listen(int sockfd, int backlog);

accept()

当应用程序监听来自其他主机的面对数据流的连接时，通过事件（比如Unix select()系统调用）通知它。必须用 accept()函数初始化连接。 Accept() 为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接。它使用如下参数：

• sockfd,监听的套接字描述符
• cliaddr, 指向sockaddr 结构体的指针，客户机地址信息。
• addrlen,指向 socklen_t的指针，确定客户机地址结构体的大小 。

返回新的套接字描述符，出错返回-1。进一步的通信必须通过这个套接字。

Datagram 套接字不要求用accept()处理，因为接收方可能用监听套接字立即处理这个请求。

函数原型：

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

connect()

connect()系统调用为一个套接字设置连接，参数有文件描述符和主机地址。

某些类型的套接字是无连接的，大多数是UDP协议。对于这些套接字，连接时这样的：默认发送和接收数据的主机由给定的地址确定，可以使用 send()和 recv()。 返回-1表示出错，0表示成功。

函数原型：

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

TCP socket通信

服务器端流程如下：

1.创建serverSocket

2.初始化 serverAddr（服务器地址）

3.将socket和serverAddr 绑定 bind

4.开始监听 listen

5.进入while循环，不断的accept接入的客户端socket，进行读写操作write和read

6.关闭serverSocket

客户端流程：

1.创建clientSocket

2.初始化 serverAddr

3.链接到服务器 connect

4.利用write和read 进行读写操作

5.关闭clientSocket

具体实现代码如下

#server.c(TCP)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <errno.h>
#define SRVPORT 10005
#define CONNECT_NUM 5
#define MAX_NUM 80
int main()
{
    int serverSock=-1,clientSock=-1;
    struct sockaddr_in serverAddr;

    serverSock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(serverSock<0)
    {
        printf("socket creation failed\n");
        exit(-1);
    }
    printf("socket create successfully.\n");

    memset(&serverAddr,0,sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family=AF_INET;
    serverAddr.sin_port=htons((u_short) SRVPORT);
    serverAddr.sin_addr.s_addr=htons(INADDR_ANY);
    if(bind(serverSock,&serverAddr,sizeof(struct sockaddr_in))==-1)
    {
        printf("Bind error.\n");
        exit(-1);
    }
    printf("Bind successful.\n");

    if(listen(serverSock,10)==-1)
    {
        printf("Listen error!\n");
    }
    printf("Start to listen!\n");

    char revBuf[MAX_NUM]={0};
    char sedBuf[MAX_NUM]={0};
    while(1)
    {
        clientSock=accept(serverSock,NULL,NULL);
        while(1)
        {
            if(read(clientSock,revBuf,MAX_NUM)==-1)
            {
                printf("read error.\n");
            }
            else
            {
                printf("Client:%s\n",revBuf);
            }
            if(strcmp(revBuf,"Quit")==0||strcmp(revBuf,"quit")==0)
            {
                strcpy(sedBuf,"Goodbye,my dear client!");
            }
            else
            {
                strcpy(sedBuf,"Hello Client.");
            }
            if(write(clientSock,sedBuf,sizeof(sedBuf))==-1)
            {
                printf("Send error!\n");
            }
            printf("Me(Server):%s\n",sedBuf);
            if(strcmp(revBuf,"Quit")==0||strcmp(revBuf,"quit")==0)
            {
                break;
            }
            bzero(revBuf,sizeof(revBuf));
            bzero(sedBuf,sizeof(sedBuf));
        }
        close(clientSock);
    }
    close(serverSock);
    return 0;
}

#client.c(TCP)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#define SRVPORT 10005
#define CONNECT_NUM 5
#define MAX_NUM 80
int main()
{
    int clientSock=-1;
    struct sockaddr_in serverAddr;

    clientSock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(clientSock<0)
    {
        printf("socket creation failed\n");
        exit(-1);
    }
    printf("socket create successfully.\n");

    memset(&serverAddr,0,sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family=AF_INET;
    serverAddr.sin_port=htons((u_short) SRVPORT);
    serverAddr.sin_addr.s_addr=htons(INADDR_ANY);
    if(connect(clientSock,&serverAddr,sizeof(struct sockaddr_in))<0)
    {
        printf("Connect error.\n");
        exit(-1);
    }
    printf("Connect successful.\n");

    char sedBuf[MAX_NUM]={0};
    char revBuf[MAX_NUM]={0};
    while(gets(sedBuf)!=-1)
    {
        if(write(clientSock,sedBuf,strlen(sedBuf))==-1)
        {
            printf("send error!\n");
        }
        printf("Me(Client):%s\n",sedBuf);
        bzero(sedBuf,sizeof(sedBuf));
        if(read(clientSock,revBuf,MAX_NUM)==-1)
        {
            printf("rev error!\n");
        }
        printf("Sever:%s\n",revBuf);
        if(strcmp(revBuf,"Goodbye,my dear client!")==0)
            break;
        bzero(revBuf,sizeof(revBuf));
    }
    close(clientSock);
    return 0;
}

UDP协议不能保证数据通信的可靠性，但是开销更低，编起来也更加简单

服务器流程：

1.创建serverSocket

2.设置服务器地址 serverAddr

3.将serverSocket和serverAddr绑定 bind

4.开始进行读写 sendto和recvfrom

5.关闭serverSocket

客户端流程

1.创建clientSocket

2.设置服务器地址 serverAddr

3.可选 设置clientAddr并和clientSocket（一般不用绑定）

4.进行发送操作 sendto

5.关闭clientSocket

具体代码如下：

#server.c(UDP)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>//for sockaddr_in
#include <arpa/inet.h>//for socket
int main()
{
 int fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
 if(fd==-1)
 {
 perror("socket create error!\n");
 exit(-1);
 }
 printf("socket fd=%d\n",fd);

 struct sockaddr_in addr;
 addr.sin_family=AF_INET;
 addr.sin_port=htons(6666);
 addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");

 int r;
 r=bind(fd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr));
 if(r==-1)
 {
 printf("Bind error!\n");
 close(fd);
 exit(-1);
 }
 printf("Bind successfully.\n");

 char buf[255];
 struct sockaddr_in from;
 socklen_t len;
 len=sizeof(from);
 while(1)
 {
 r=recvfrom(fd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr*)&from,&len);
 if(r>0)
 {
 buf[r]=0;
 printf("The message received for %s is :%s\n",inet_ntoa(from.sin_addr),buf);
 }
 else
 {
 break;
 }
 }
 close(fd);
 return 0;
}

#client.c(UDP)
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>//for sockaddr_in
#include <arpa/inet.h>//for socket
int main()
{
 int fd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
 if(fd==-1)
 {
 perror("socket create error!\n");
 exit(-1);
 }
 printf("socket fd=%d\n",fd);

 struct sockaddr_in addr_to;//目标服务器地址
 addr_to.sin_family=AF_INET;
 addr_to.sin_port=htons(6666);
 addr_to.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");

 struct sockaddr_in addr_from;
 addr_from.sin_family=AF_INET;
 addr_from.sin_port=htons(0);//获得任意空闲端口
 addr_from.sin_addr.s_addr=htons(INADDR_ANY);//获得本机地址
 r=bind(fd,(struct sockaddr*)&addr_from,sizeof(addr_from));

int r;
 if(r==-1)
 {
 printf("Bind error!\n");
 close(fd);
 exit(-1);
 }
 printf("Bind successfully.\n");

 char buf[255];
 int len;
 while(1)
 {
 r=read(0,buf,sizeof(buf));
 if(r<0)
 {
 break;
 }
 len=sendto(fd,buf,r,0,(struct sockaddr*)&addr_to,sizeof(addr_to));
 if(len==-1)
 {
 printf("send falure!\n");
 }
 else
 {
 printf("%d bytes have been sended successfully!\n",len);
 }
 }
 close(fd);
 return 0;
}

以上代码均经过测试（Ubuntu12.04)，可以运行。有疑问，可以发电邮到ladd.cn@gmail.com

参考文章

1.wikipedia socket http://zh.wikipedia.org/wiki/Socket

2.TCP socket 之linux实现http://os.51cto.com/art/201001/179878.htm

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