Socket理解

简介

本文主要介绍的socket编程的实现相关的内容；

理论

函数

socket

用来创建socket描述符，它唯一标识一个socket

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

客户端和服务器都要进行的操作

bind

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

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

服务器端的操作

网络字节序与主机字节序

主机字节序：就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：

1. Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
2. Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。

注意：

在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。

listen/connect

int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen是服务器的操作，用来监听客户端

connect是客户端的操作，用来连接服务端，发出请求连接，此时服务端通过listen来接收到客户端的请求

accept

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

accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

send/recv

因为之前客户端和服务器已经建立好了连接，可以通过网络IO进行发送接收数据的操作了，此时为网络中不同进程的通信；

• read()/write()
• recv()/send()
• readv()/writev()
• recvmsg()/sendmsg()
• recvfrom()/sendto()

close

int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

客户端和服务器端都要进行的操作；

其他函数

网址：http://c.biancheng.net/cpp/html/370.html

总结

总的来说，客户端和服务端分别要做的工作如下：

• 客户端： socket connect send/recv close
• 服务端： socket bind listen accept send/recv close

握手连接

三次握手建立连接

从下面的图可以理解客户端和服务端之间需要操作哪些函数。

从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

四次握手释放连接

客户端首先发送一个关闭请求Fin M，服务器则会返回一个确认收到客户端请求的回应报文，等再过一段时间服务器也会发送一个主动关闭的请求，因为在这段时间中，有可能服务器在发送数据给客户端，因此需要等待服务器发送数据给客户端完后才会主动给客户端发送关闭请求，同样的，客户端发送回应报文，告诉服务端收到了，并且关闭，但是此时，服务端并没有马上关闭，因为有可能因为网络延迟的原因，服务端没有收到回应报文，所以通常会进入到TIME_WAIT状态，一般2ML的时间，如果收到了，服务端才会进入到CLOSE状态；

实现

客户端

//
//  main.cpp
//  Client
//
//  Created by staff on 16/11/1.
//  Copyright © 2016年 George1994. All rights reserved.
//

#include <iostream>

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <fcntl.h>
#include <cerrno>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
using namespace std;
#define SOCKET int
#define INVALID_SOCKET -1
#define SOCKET_ERROR -1

int main()
{
    // 创建套节字
    SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if(s == INVALID_SOCKET)
    {
        printf(" Failed socket() \n");
        return 0;
    }

    // 也可以在这里调用bind函数绑定一个本地地址
    // 否则系统将会自动安排

    // 填写远程地址信息
    sockaddr_in servAddr;
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_port = htons(4567);
    // 注意，这里要填写服务器程序（TCPServer程序）所在机器的IP地址
    // 如果你的计算机没有联网，直接使用127.0.0.1即可
    servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

    if(::connect(s, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
    {
        printf(" Failed connect() \n");
        return 0;
    }

    char buff[256];
    char szText[256] ;

    while(true)
    {
        // 向服务器端发送数据
        gets(szText) ;
        szText[255] = '\0';
        ::send(s, szText, strlen(szText), 0) ;

        //从服务器端接收数据
//        size_t nRecv = ::recv(s, buff, 256, 0);
//        if(nRecv > 0)
//        {
//            buff[nRecv] = '\0';
//            printf("接收到数据：%s\n", buff);
//        }
    }

    // 关闭套节字
    ::close(s);
    return 0;
}

服务端

//
//  main.cpp
//  Server
//
//  Created by staff on 16/11/1.
//  Copyright © 2016年 George1994. All rights reserved.
//

#include <iostream>

#include <stdio.h>
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <fcntl.h>
#include <cerrno>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/select.h>
using namespace std;
#define SOCKET int
#define INVALID_SOCKET -1
#define SOCKET_ERROR -1

int main()
{
    // 创建套节字
    SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    //用来指定套接字使用的地址格式，通常使用AF_INET，即IPv4
    //指定套接字的类型，若是SOCK_DGRAM，则用的是udp不可靠传输
    //配合type参数使用，指定使用的协议类型（当指定套接字类型后，可以设置为0，因为默认为UDP或TCP）
    if(sListen == INVALID_SOCKET)
    {
        printf("Failed socket() \n");
        return 0;
    }

    // 填充sockaddr_in结构 ,是个结构体
    /* struct sockaddr_in {

     short sin_family;  //地址族（指定地址格式） ，设为AF_INET
     u_short	sin_port; //端口号
     struct in_addr sin_addr; //IP地址
     char sin_zero[8]; //空子节，设为空
     } */

    sockaddr_in sin;
    sin.sin_family = AF_INET;
    sin.sin_port = htons(4567);  //1024 ~ 49151：普通用户注册的端口号
    sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    // 绑定这个套节字到一个本地地址
    if(::bind(sListen, (sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
    {
        printf("Failed bind() \n");
        return 0;
    }

    // 进入监听模式
    //2指的是，监听队列中允许保持的尚未处理的最大连接数
    if(::listen(sListen, 2) == SOCKET_ERROR)
    {
        printf("Failed listen() \n");
        return 0;
    }

    // 循环接受客户的连接请求
    sockaddr_in remoteAddr;
    socklen_t nAddrLen = sizeof(struct sockaddr_in);
    SOCKET sClient = 0;
    char szText[] = " TCP Server Demo! \r\n";
    while(sClient==0)
    {
        // 接受一个新连接
        //（(SOCKADDR*)&remoteAddr）一个指向sockaddr_in结构的指针，用于获取对方地址
        sClient = ::accept(sListen, (sockaddr *)&remoteAddr, &nAddrLen);
        if(sClient == INVALID_SOCKET)
        {
            printf("Failed accept()");
        }

        printf("接受到一个连接：%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));
        continue ;
    }

    while(true)
    {
//        // 向客户端发送数据
//        gets(szText) ;
//        ::send(sClient, szText, strlen(szText), 0);

        // 从客户端接收数据
        char buff[256] ;
        size_t nRecv = ::recv(sClient, buff, 256, 0);
        if(nRecv > 0)
        {
            buff[nRecv] = '\0';
            printf(" 接收到数据：%s\n", buff);
        }
    }

    // 关闭同客户端的连接
    ::close(sClient);

    // 关闭监听套节字
    ::close(sListen); 

    return 0;
}

最后

借鉴自：

socket原理

socket