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所谓套接字(Socket),就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。一个套接字就是网络上进程通信的一端,提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲,套接字上联应用进程,下联网络协议栈,是应用程序通过网络协议进行通信的接口,是应用程序与网络协议根进行交互的接口 [1]  。 展开全文
所谓套接字(Socket),就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。一个套接字就是网络上进程通信的一端,提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲,套接字上联应用进程,下联网络协议栈,是应用程序通过网络协议进行通信的接口,是应用程序与网络协议根进行交互的接口 [1]  。
信息
外文名
socket [1]
类    型
流式套接字、数据报套接字和原始套接字 [3]
作    用
完成两个应用程序之间的数据传输 [3]
中文名
套接字 [1]
实    质
两个网络各自通信连接中的端点 [2]
学    科
计算机网络 [1]
套接字简介
套接字是通信的基石,是支持TCP/IP协议的路通信的基本操作单元。可以将套接字看作不同主机间的进程进行双间通信的端点,它构成了单个主机内及整个网络间的编程界面。套接字存在于通信域中,通信域是为了处理一般的线程通过套接字通信而引进的一种抽象概念。套接字通常和同一个域中的套接字交换数据(数据交换也可能穿越域的界限,但这时一定要执行某种解释程序),各种进程使用这个相同的域互相之间用Internet协议簇来进行通信 [3]  。Socket(套接字)可以看成是两个网络应用程序进行通信时,各自通信连接中的端点,这是一个逻辑上的概念。它是网络环境中进程间通信的API(应用程序编程接口),也是可以被命名和寻址的通信端点,使用中的每一个套接字都有其类型和一个与之相连进程。通信时其中一个网络应用程序将要传输的一段信息写入它所在主机的 Socket中,该 Socket通过与网络接口卡(NIC)相连的传输介质将这段信息送到另外一台主机的 Socket中,使对方能够接收到这段信息。 Socket是由IP地址和端口结合的,提供向应用层进程传送数据包的机制 [2]  。
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  • 网络编程学习笔记一:Socket编程

    万次阅读 多人点赞 2020-04-17 11:32:27
    “一切皆Socket!” 话虽些许夸张,但是事实也是,现在的网络编程几乎都是用的socket。 ——有感于实际编程和开源项目研究。 我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页时,...

    “一切皆Socket!”

    话虽些许夸张,但是事实也是,现在的网络编程几乎都是用的socket。

    ——有感于实际编程和开源项目研究。

    我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页时,浏览器的进程怎么与web服务器通信的?当你用QQ聊天时,QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信?这些都得靠socket?那什么是socket?socket的类型有哪些?还有socket的基本函数,这些都是本文想介绍的。本文的主要内容如下:

    • 1、网络中进程之间如何通信?
    • 2、Socket是什么?
    • 3、socket的基本操作
      • 3.1、socket()函数
      • 3.2、bind()函数
      • 3.3、listen()、connect()函数
      • 3.4、accept()函数
      • 3.5、read()、write()函数等
      • 3.6、close()函数
    • 4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
    • 5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
    • 6、一个例子(实践一下)
    • 7、留下一个问题,欢迎大家回帖回答!!!

    1、网络中进程之间如何通信?

    本地的进程间通信(IPC)有很多种方式,但可以总结为下面4类:

    • 消息传递(管道、FIFO、消息队列)
    • 同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)
    • 共享内存(匿名的和具名的)
    • 远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)

    但这些都不是本文的主题!我们要讨论的是网络中进程之间如何通信?首要解决的问题是如何唯一标识一个进程,否则通信无从谈起!在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题,网络层的“ip地址可以唯一标识网络中的主机,而传输层的“协议+端口可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

    使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口:UNIX  BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已经被淘汰),来实现网络进程之间的通信。就目前而言,几乎所有的应用程序都是采用socket,而现在又是网络时代,网络中进程通信是无处不在,这就是我为什么说“一切皆socket”。

    2、什么是Socket?

    上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的,那什么是socket呢?socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭),这些函数我们在后面进行介绍。

    socket一词的起源

    在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的,撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载,Croker写道:“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端,而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道:“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”

    3、socket的基本操作

    既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现,那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例,介绍几个基本的socket接口函数。

    3.1、socket()函数

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

     socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor),它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样,后续的操作都有用到它,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。

    正如可以给fopen的传入不同参数值,以打开不同的文件。创建socket的时候,也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符,socket函数的三个参数分别为:

    • domain:即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INETAF_INET6AF_LOCAL(或称AF_UNIX,Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
    • type:指定socket类型。常用的socket类型有,SOCK_STREAMSOCK_DGRAMSOCK_RAWSOCK_PACKETSOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些?)。
    • protocol:故名思意,就是指定协议。常用的协议有,IPPROTO_TCPIPPTOTO_UDPIPPROTO_SCTPIPPROTO_TIPC等,它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议(这个协议我将会单独开篇讨论!)。

    注意:并不是上面的type和protocol可以随意组合的,如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时,会自动选择type类型对应的默认协议。

    当我们调用socket创建一个socket时,返回的socket描述字它存在于协议族(address family,AF_XXX)空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()listen()时系统会自动随机分配一个端口。

    3.2、bind()函数

    正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INETAF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

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

    函数的三个参数分别为:

    • sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
    • addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同,如ipv4对应的是: 
      struct sockaddr_in {
          sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
          in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
          struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
      };
      
      /* Internet address. */
      struct in_addr {
          uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
      };

      ipv6对应的是: 

      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 */ 
      };

      Unix域对应的是: 

      #define UNIX_PATH_MAX    108
      
      struct sockaddr_un { 
          sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
          char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ 
      };

       

    • addrlen:对应的是地址的长度。

    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。

    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:

      a) 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。

      b) 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。

    所以: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。由于这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题,导致了很多莫名其妙的问题,所以请谨记对主机字节序不要做任何假定,务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

    3.3、listen()、connect()函数

    如果作为一个服务器,在调用socket()bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。

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

    listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。

    connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

    3.4、accept()函数

    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。

    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。

    注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。

    3.5、read()、write()等函数

    万事具备只欠东风,至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了,即实现了网咯中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:

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

    我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数,这两个函数是最通用的I/O函数,实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下:

           #include <unistd.h>
    
           ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
           ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
    
           #include <sys/types.h>
           #include <sys/socket.h>
    
           ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
           ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
    
           ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                          const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
           ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                            struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    
           ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
           ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

    read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了,小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的,如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

    write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1,并设置errno变量。 在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0,此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。

    其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了,具体参见man文档或者baidu、Google,下面的例子中将使用到send/recv。

    3.6、close()函数

    在服务器与客户端建立连接之后,会进行一些读写操作,完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字,好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

    #include <unistd.h>
    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。

    4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

    我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:

    • 客户端向服务器发送一个SYN J
    • 服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1
    • 客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

    只有就完了三次握手,但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:

    image

    图1、socket中发送的TCP三次握手

    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。

    总结:客户端的connect在三次握手的第二个次返回,而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

    5、socket中TCP的四次握手释放连接详解

    上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程,及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程,请看下图:

    image

    图2、socket中发送的TCP四次握手

    图示过程如下:

    • 某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;
    • 另一端接收到FIN M之后,执行被动关闭,对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程,因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;
    • 一段时间之后,接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N;
    • 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

    这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

    6、一个例子(实践一下)

    说了这么多了,动手实践一下。下面编写一个简单的服务器、客户端(使用TCP)——服务器端一直监听本机的6666号端口,如果收到连接请求,将接收请求并接收客户端发来的消息;客户端与服务器端建立连接并发送一条消息。

    服务器端代码:

    #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<errno.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h>
    #define MAXLINE 4096 int main(int argc, char** argv) { int listenfd, connfd; struct sockaddr_in servaddr; 
    char buff[4096]; int n;
    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){ printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } 
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); 
    servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(6666); 
    if( bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){ printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } 
    if( listen(listenfd, 10) == -1){ printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } 
    printf("======waiting for client's request======\n"); 
    while(1){ if( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){ printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno); continue; } n = recv(connfd, buff, MAXLINE, 0); buff[n] = '\0'; 
    printf("recv msg from client: %s\n", buff); close(connfd); } close(listenfd); }

    客户端代码:

    #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<errno.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> 
    #define MAXLINE 4096 int main(int argc, char** argv) { int sockfd, n; char recvline[4096], sendline[4096]; 
    struct sockaddr_in servaddr; if( argc != 2){ printf("usage: ./client <ipaddress>\n"); exit(0); } if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){ printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno); 
    exit(0); } memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(6666); if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){ printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]); exit(0); } 
    if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){ printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } 
    printf("send msg to server: \n"); fgets(sendline, 4096, stdin); 
    if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0) { printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno); exit(0); } close(sockfd); exit(0); }

    当然上面的代码很简单,也有很多缺点,这就只是简单的演示socket的基本函数使用。其实不管有多复杂的网络程序,都使用的这些基本函数。上面的服务器使用的是迭代模式的,即只有处理完一个客户端请求才会去处理下一个客户端的请求,这样的服务器处理能力是很弱的,现实中的服务器都需要有并发处理能力!为了需要并发处理,服务器需要fork()一个新的进程或者线程去处理请求等。

    7、动动手

    留下一个问题,欢迎大家回帖回答!!!是否熟悉Linux下网络编程?如熟悉,编写如下程序完成如下功能:

    服务器端:

    接收地址192.168.100.2的客户端信息,如信息为“Client Query”,则打印“Receive Query”

    客户端:

    向地址192.168.100.168的服务器端顺序发送信息“Client Query test”,“Cleint Query”,“Client Query Quit”,然后退出。

    题目中出现的ip地址可以根据实际情况定。

    ——本文只是介绍了简单的socket编程。

    更为复杂的需要自己继续深入。

    (unix domain socket)使用udp发送>=128K的消息会报ENOBUFS的错误(一个实际socket编程中遇到的问题,希望对你有帮助)

     

     

    作者:吴秦
    出处:http://www.cnblogs.com/skynet/
    本文基于署名 2.5 中国大陆许可协议发布,欢迎转载,演绎或用于商业目的,但是必须保留本文的署名吴秦(包含链接).

    http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html

     

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  • socket技术详解(看清socket编程)

    万次阅读 多人点赞 2018-05-08 10:45:42
    socket编程是网络常用的编程,我们通过在网络中创建socket关键字来实现网络间的通信,通过收集大量的资料,通过这一章节,充分的了解socket编程,文章用引用了大量大神的分析,加上自己的理解,做个总结性的文章1:...

    socket编程是网络常用的编程,我们通过在网络中创建socket关键字来实现网络间的通信,通过收集大量的资料,通过这一章节,充分的了解socket编程,文章用引用了大量大神的分析,加上自己的理解,做个总结性的文章

    1:socket大致介绍

          socket编程是一门技术,它主要是在网络通信中经常用到

          既然是一门技术,由于现在是面向对象的编程,一些计算机行业的大神通过抽象的理念,在现实中通过反复的理论或者实际的推导,提出了抽象的一些通信协议,基于tcp/ip协议,提出大致的构想,一些泛型的程序大牛在这个协议的基础上,将这些抽象化的理念接口化,针对协议提出的每个理念,专门的编写制定的接口,与其协议一一对应,形成了现在的socket标准规范,然后将其接口封装成可以调用的接口,供开发者使用

         目前,开发者开发出了很多封装的类来完善socket编程,都是更加方便的实现刚开始socket通信的各个环节,所以我们首先必须了解socket的通信原理,只有从本质上理解socket的通信,才可能快速方便的理解socket的各个环节,才能从底层上真正的把握

    2:TCP/IP协议

         要理解socket必须的得理解tcp/ip,它们之间好比送信的线路和驿站的作用,比如要建议送信驿站,必须得了解送信的各个细节。

         TCP/IP协议不同于iso的7个分层,它是根据这7个分层,将其重新划分,好比打扫卫生,本来有扫帚,垃圾斗,抹布,涂料,盆栽等就好比OSI的标准几个分层,tcp/ip根据用途和功能,将扫帚,垃圾斗放到粗略整理层,抹布涂料放到中度整理层,盆栽放到最终效果层。这里TCP/IP也对OSI的网络模型层进行了划分:大致如下:

    OSI模型:


    TCP/IP协议参考模型把所有的TCP/IP系列协议归类到四个抽象层中

    应用层:TFTP,HTTP,SNMP,FTP,SMTP,DNS,Telnet 等等

    传输层:TCP,UDP

    网络层:IP,ICMP,OSPF,EIGRP,IGMP

    数据链路层:SLIP,CSLIP,PPP,MTU

    每一抽象层建立在低一层提供的服务上,并且为高一层提供服务,看起来大概是这样子的


    通过上面的图形,由于底一层的需要向高一层的提供服务,我们大致的理解应用程序需要传输层的tcp和网络层的ip协议提供服务,但是我们这章要分析的socket它是在tcpip协议的那一部分呢,就好比,我们的通讯线路已经有明确的规定,我们的驿站要设计在哪个地方一样

    3:回过头再来理解socket

         到目前为止,大致的了解了应用程序和tcpip协议的大致关系,我们只是知道socket编程是在tcp/IP上的网络编程,但是socket在上述的模型的什么位置呢。这个位置被一个天才的理论家或者是抽象的计算机大神提出并且安排出来


    我们可以发现socket就在应用程序的传输层和应用层之间,设计了一个socket抽象层,传输层的底一层的服务提供给socket抽象层,socket抽象层再提供给应用层,问题又来了,应用层和socket抽象层之间和传输层,网络层之间如何通讯的呢,了解这个之前,我们还是回到原点

       要想理解socket编程怎么通过socket关键词实现服务器和客户端通讯,必须得实现的了解tcp/ip是怎么通讯的,在这个的基础上在去理解socket的握手通讯

        在tcp/ip协议中,tcp通过三次握手建立起一个tcp的链接,大致如下

         第一次握手:客户端尝试连接服务器,向服务器发送syn包,syn=j,客户端进入SYN_SEND状态等待服务器确认

        第二次握手:服务器接收客户端syn包并确认(ack=j+1),同时向客户端发送一个SYN包(syn=k),即SYN+ACK包,此时服务器进入SYN_RECV状态

       第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包,向服务器发送确认包ACK(ack=k+1),此包发送完毕,客户端和服务器进入ESTABLISHED状态,完成三次握手

        三次握手如下图:

         

         根据tcp的三次握手,socket也定义了三次握手,也许是参考tcp的三次握手,一些计算机大神们画出了socket的三次握手的模型图

         模型图如下:

         

         在上面图的基础上,如果我们得到上面的图形,需要我们自己开发一些接口,来满足上面的通讯的三次握手,问题就出来了,我们会需要开发哪些函数

    4:socket的一些接口函数原理

          通过上面的图,我们清楚,我们好比一些泛型的程序员,一些理论提供者提供给了我们上面的图形的理论,我们需要做的就是讲上面的图形的抽象化的东西具体化

          第一次握手:客户端需要发送一个syn j 包,试着去链接服务器端,于是客户端我们需要提供一个链接函数

         第二次握手:服务器端需要接收客户端发送过来的syn J+1 包,然后在发送ack包,所以我们需要有服务器端接受处理函数

         第三次握手:客户端的处理函数和服务器端的处理函数

         三次握手只是一个数据传输的过程,但是,我们传输前需要一些准备工作,比如将创建一个套接字,收集一些计算机的资源,将一些资源绑定套接字里面,以及接受和发送数据的函数等等,这些功能接口在一起构成了socket的编程

         下面大致的按照客户端和服务端将所需的函数详细的列举出来


    上面的两个图都概述了socket的通讯原理

    5:socket的一个例子,总结上述的问题

    详细就不在说明,通过一段代码详细的解释

    客户端的代码:

    1. #include <winsock2.h>                
    2. #include <stdio.h>  
    3. #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  
    4. int main()  
    5. {  
    6.     //SOCKET前的一些检查,检查协议库的版本,为了避免别的版本的socket,并且通过  
    7.     //WSAStartup启动对应的版本,WSAStartup的参数一个是版本信息,一个是一些详细的细节,注意高低位  
    8.     //WSAStartup与WSACleanup对应  
    9.     int err;  
    10.     WORD versionRequired;  
    11.     WSADATA wsaData;  
    12.     versionRequired=MAKEWORD(1,1);       
    13.     err=WSAStartup(versionRequired,&wsaData);//协议库的版本信息  
    14.   
    15.     //通过WSACleanup的返回值来确定socket协议是否启动  
    16.     if (!err)  
    17.     {  
    18.         printf("客户端嵌套字已经打开!\n");  
    19.     }  
    20.     else  
    21.     {  
    22.         printf("客户端的嵌套字打开失败!\n");  
    23.         return 0;//结束  
    24.     }  
    25.     //创建socket这个关键词,这里想一下那个图形中的socket抽象层  
    26.     //注意socket这个函数,他三个参数定义了socket的所处的系统,socket的类型,以及一些其他信息  
    27.     SOCKET clientSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  
    28.   
    29.     //socket编程中,它定义了一个结构体SOCKADDR_IN来存计算机的一些信息,像socket的系统,  
    30.     //端口号,ip地址等信息,这里存储的是服务器端的计算机的信息  
    31.     SOCKADDR_IN clientsock_in;  
    32.     clientsock_in.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1");  
    33.     clientsock_in.sin_family=AF_INET;  
    34.     clientsock_in.sin_port=htons(6000);  
    35.   
    36.     //前期定义了套接字,定义了服务器端的计算机的一些信息存储在clientsock_in中,  
    37.     //准备工作完成后,然后开始将这个套接字链接到远程的计算机  
    38.     //也就是第一次握手  
    39.   
    40.     connect(clientSocket,(SOCKADDR*)&clientsock_in,sizeof(SOCKADDR));//开始连接  
    41.   
    42.   
    43.     char receiveBuf[100];  
    44.   
    45.     //解释socket里面的内容  
    46.     recv(clientSocket,receiveBuf,101,0);  
    47.     printf("%s\n",receiveBuf);  
    48.   
    49.     //发送socket数据  
    50.     send(clientSocket,"hello,this is client",strlen("hello,this is client")+1,0);  
    51.   
    52.     //关闭套接字  
    53.     closesocket(clientSocket);  
    54.     //关闭服务  
    55.     WSACleanup();  
    56.     return 0;  
    57. }  

    对应的服务端的代码

    1. #include <winsock2.h>  
    2. #include <stdio.h>  
    3. #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  
    4. int main()  
    5. {  
    6.        //创建套接字,socket前的一些检查工作,包括服务的启动  
    7.        WORD myVersionRequest;  
    8.        WSADATA wsaData;  
    9.        myVersionRequest=MAKEWORD(1,1);  
    10.        int err;  
    11.        err=WSAStartup(myVersionRequest,&wsaData);  
    12.        if (!err)  
    13.        {  
    14.               printf("已打开套接字\n");              
    15.        }  
    16.        else  
    17.        {  
    18.               //进一步绑定套接字  
    19.               printf("嵌套字未打开!");  
    20.               return 0;  
    21.        }  
    22.        SOCKET serSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建了可识别套接字  
    23.        //需要绑定的参数,主要是本地的socket的一些信息。  
    24.        SOCKADDR_IN addr;  
    25.        addr.sin_family=AF_INET;  
    26.        addr.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);//ip地址  
    27.        addr.sin_port=htons(6000);//绑定端口  
    28.   
    29.        bind(serSocket,(SOCKADDR*)&addr,sizeof(SOCKADDR));//绑定完成  
    30.        listen(serSocket,5);//其中第二个参数代表能够接收的最多的连接数  
    31.   
    32.        SOCKADDR_IN clientsocket;  
    33.        int len=sizeof(SOCKADDR);  
    34.        while (1)  
    35.        {  
    36.           //第二次握手,通过accept来接受对方的套接字的信息  
    37.               SOCKET serConn=accept(serSocket,(SOCKADDR*)&clientsocket,&len);//如果这里不是accept而是conection的话。。就会不断的监听  
    38.               char sendBuf[100];  
    39.               sprintf(sendBuf,"welcome %s to bejing",inet_ntoa(clientsocket.sin_addr));//找对对应的IP并且将这行字打印到那里  
    40.               //发送信息  
    41.           send(serConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);  
    42.               char receiveBuf[100];//接收  
    43.               recv(serConn,receiveBuf,strlen(receiveBuf)+1,0);  
    44.               printf("%s\n",receiveBuf);  
    45.               closesocket(serConn);//关闭  
    46.               WSACleanup();//释放资源的操作  
    47.        }  
    48.        return 0;  
    49. }  


    6:上面例子用到的知识点

    (摘抄carter大神文章):

    服务器端:

    其过程是首先服务器方要先启动,并根据请求提供相应服务:

    (1)打开一通信通道并告知本地主机,它愿意在某一公认地址上的某端口(如FTP的端口可能为21)接收客户请求;

    (2)等待客户请求到达该端口;

    (3)接收到客户端的服务请求时,处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求,要激活一新进程来处理这个客户请求(如UNIX系统中用fork、exec)。新进程处理此客户请求,并不需要对其它请求作出应答。服务完成后,关闭此新进程与客户的通信链路,并终止。

    (4)返回第(2)步,等待另一客户请求。

    (5)关闭服务器

    客户端:

    (1)打开一通信通道,并连接到服务器所在主机的特定端口;

    (2)向服务器发服务请求报文,等待并接收应答;继续提出请求......

    (3)请求结束后关闭通信通道并终止。

     

    从上面所描述过程可知:

    (1)客户与服务器进程的作用是非对称的,因此代码不同。

    (2)服务器进程一般是先启动的。只要系统运行,该服务进程一直存在,直到正常或强迫终止。


    7:下面就介绍一些API函数:(摘抄carter大神文章):

     

    创建套接字──socket()

    应用程序在使用套接字前,首先必须拥有一个套接字,系统调用socket()向应用程序提供创建套接字的手段,其调用格式如下:

    1. SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol)  

    该调用要接收三个参数:af、type、protocol。参数af指定通信发生的区域:AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等,而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET,它是网际网区域。因此,地址族与协议族相同。参数type 描述要建立的套接字的类型。这里分三种:

    (1)一是TCP流式套接字(SOCK_STREAM)提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务,数据无差错、无重复地发送,且按发送顺序接收。内设流量控制,避免数据流超限;数据被看作是字节流,无长度限制。文件传送协议(FTP)即使用流式套接字。

    (2)二是数据报式套接字(SOCK_DGRAM)提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送,不提供无错保证,数据可能丢失或重复,并且接收顺序混乱。网络文件系统(NFS)使用数据报式套接字。

    (3)三是原始式套接字(SOCK_RAW)该接口允许对较低层协议,如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。

    参数protocol说明该套接字使用的特定协议,如果调用者不希望特别指定使用的协议,则置为0,使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字,并将相应的资源分配给它,同时返回一个整型套接字号。因此,socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。

     

    指定本地地址──bind()

    当一个套接字用socket()创建后,存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind()将套接字地址(包括本地主机地址和本地端口地址)与所创建的套接字号联系起来,即将名字赋予套接字,以指定本地半相关。其调用格式如下:

    1. int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);  

    参数s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数name 是赋给套接字s的本地地址(名字),其长度可变,结构随通信域的不同而不同。namelen表明了name的长度。如果没有错误发生,bind()返回0。否则返回SOCKET_ERROR。

     

    建立套接字连接──connect()与accept()

    这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立,其中connect()用于建立连接。accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。

    connect()的调用格式如下:

    1. int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);  

    参数s是欲建立连接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen说明。

    如果没有错误发生,connect()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中,该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。

    由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中,并通过socket()调用与某个协议族相关。因此bind()和connect()无须协议作为参数。

    accept()的调用格式如下:

    1. SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);  

    参数s为本地套接字描述符,在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针,用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度(字节数)。如果没有错误发生,accept()返回一个SOCKET类型的值,表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。

    accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前,参数addr 指向一个初始值为空的地址结构,而addrlen 的初始值为0;调用accept()后,服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求,而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时,accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen,并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。

    四个套接字系统调用,socket()、bind()、connect()、accept(),可以完成一个完全五元相关的建立。socket()指定五元组中的协议元,它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元,即本地主机地址和端口号,其用法与是否面向连接有关:在服务器方,无论是否面向连接,均要调用bind(),若采用面向连接,则可以不调用bind(),而通过connect()自动完成。若采用无连接,客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。

    监听连接──listen()

    此调用用于面向连接服务器,表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用,其调用格式如下:

    1. int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);  

    参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号,服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求连接队列的最大长度,用于限制排队请求的个数,目前允许的最大值为5。如果没有错误发生,listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

    listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的连接,并建立长度为backlog的请求连接队列。

    调用listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流套接字,且调用bind()给s赋于一个名字之后调用,而且一定要在accept()之前调用。

    数据传输──send()与recv()

    当一个连接建立以后,就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。

    send()调用用于s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据,格式如下:

    1. int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);  

    参数s为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针,其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式,如是否发送带外数据等。如果没有错误发生,send()返回总共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。

    recv()调用用于s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据,格式如下:

    1. int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);  

    参数s 为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针,其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式,如是否接收带外数据等。如果没有错误发生,recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭,返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

    输入/输出多路复用──select()

    select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说,这个调用可以请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结构指示。在返回时,此结构被更新,以反映那些满足特定条件的套接字的子集,同时, select()调用返回满足条件的套接字的数目,其调用格式如下:

    1. int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);  

    参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域,此变量一般被忽略。

    参数readfds指向要做读检测的套接字描述符集合的指针,调用者希望从中读取数据。参数writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout指向select()函数等待的最大时间,如果设为NULL则为阻塞操作。select()返回包含在fd_set结构中已准备好的套接字描述符的总数目,或者是发生错误则返回SOCKET_ERROR。

     

    关闭套接字──closesocket()

    closesocket()关闭套接字s,并释放分配给该套接字的资源;如果s涉及一个打开的TCP连接,则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下:

    1. BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);  

    参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生,closesocket()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。


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  • Socket原理讲解

    万次阅读 多人点赞 2019-07-18 15:50:36
    对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧?随着网络技术的发展,这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问: 1.什么是TCP/IP、UDP? 2.Socket在哪里呢? 3.Socket是什么呢? 4.你会使用它们吗?什么是TCP/IP、UDP...

    对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧?随着网络技术的发展,这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问:

    1.         什么是TCP/IP、UDP?
    2.         Socket在哪里呢?
    3.         Socket是什么呢?
    4.         你会使用它们吗?

    什么是TCP/IP、UDP

             TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)即传输控制协议/网间协议,是一个工业标准的协议集,它是为广域网(WANs)设计的。
             UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
            这里有一张图,表明了这些协议的关系。

                                                                                    

                                                                            图1

           TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。
    Socket在哪里呢?
           在图1中,我们没有看到Socket的影子,那么它到底在哪里呢?还是用图来说话,一目了然。



    图2

           原来Socket在这里。
    Socket是什么呢?
           Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层,它是一组接口。在设计模式中,Socket其实就是一个门面模式,它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面,对用户来说,一组简单的接口就是全部,让Socket去组织数据,以符合指定的协议。
    你会使用它们吗?
           前人已经给我们做了好多的事了,网络间的通信也就简单了许多,但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程,觉得它是比较高深的编程知识,但是只要弄清Socket编程的工作原理,神秘的面纱也就揭开了。
           一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友,先拨号,朋友听到电话铃声后提起电话,这时你和你的朋友就建立起了连接,就可以讲话了。等交流结束,挂断电话结束此次交谈。    生活中的场景就解释了这工作原理,也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中,这也不一定。

          

    图3

           先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket,然后与端口绑定(bind),对端口进行监听(listen),调用accept阻塞,等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket,然后连接服务器(connect),如果连接成功,这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求,服务器端接收请求并处理请求,然后把回应数据发送给客户端,客户端读取数据,最后关闭连接,一次交互结束。

    ============================================

    我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页 时,浏览器的进程怎么与web服务器通信的?当你用QQ聊天时,QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信?这些都得靠socket?那什么是 socket?socket的类型有哪些?还有socket的基本函数,这些都是本文想介绍的。本文的主要内容如下:

    • 1、网络中进程之间如何通信?

    • 2、Socket是什么?

    • 3、socket的基本操作

      • 3.1、socket()函数

      • 3.2、bind()函数

      • 3.3、listen()、connect()函数

      • 3.4、accept()函数

      • 3.5、read()、write()函数等

      • 3.6、close()函数

    • 4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

    • 5、socket中TCP的四次握手释放连接详解

    • 6、一个例子

    1、网络中进程之间如何通信?

    本地的进程间通信(IPC)有很多种方式,但可以总结为下面4类:

    • 消息传递(管道、FIFO、消息队列)

    • 同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)

    • 共享内存(匿名的和具名的)

    • 远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)

    但这些都不是本文的主题!我们要讨论的是网络中进程之间如何通信?首要解决的问题是如何唯一标识一个进程,否则通信无从谈起!在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题,网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机,而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

    使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口:UNIX BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已经被淘汰),来实现网络进程之间的通信。就目前而言,几乎所有的应用程序都是采用socket,而现在又是网络时代,网络中进程通信是无处不在,这就是我为什么说“一切皆socket”。

    2、什么是Socket?

    上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的,那什么是socket呢?socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭),这些函数我们在后面进行介绍。

    socket一词的起源

    在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的,撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载,Croker写道:“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端,而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道:“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”

    3、socket的基本操作

    既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现,那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例,介绍几个基本的socket接口函数。

    3.1、socket()函数

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

    socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor),它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样,后续的操作都有用到它,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。

    正如可以给fopen的传入不同参数值,以打开不同的文件。创建socket的时候,也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符,socket函数的三个参数分别为:

    • domain:即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(或称AF_UNIX,Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
    • type:指定socket类型。常用的socket类型有,SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些?)。
    • protocol:故名思意,就是指定协议。常用的协议有,IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等,它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议(这个协议我将会单独开篇讨论!)。

    注意:并不是上面的type和protocol可以随意组合的,如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时,会自动选择type类型对应的默认协议。

    当我们调用socket创建一个socket时,返回的socket描述字它存在于协议族(address family,AF_XXX)空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

    3.2、bind()函数

    正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

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

    函数的三个参数分别为:

    • sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
    • addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同,如ipv4对应的是:
      struct sockaddr_in {
          sa_family_t    sin_family; 
          in_port_t      sin_port;   
          struct in_addr sin_addr;   
      };
      
      
      struct in_addr {
          uint32_t       s_addr;     
      };
      
      ipv6对应的是:
      struct sockaddr_in6 { 
          sa_family_t     sin6_family;    
          in_port_t       sin6_port;      
          uint32_t        sin6_flowinfo;  
          struct in6_addr sin6_addr;      
          uint32_t        sin6_scope_id;  
      };
      
      struct in6_addr { 
          unsigned char   s6_addr[16];    
      };
      
      Unix域对应的是:
      #define UNIX_PATH_MAX    108
      
      struct sockaddr_un { 
          sa_family_t sun_family;                
          char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];   
      };
      
    • addrlen:对应的是地址的长度。

    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。

    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:

      a) 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。

      b) 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。

    所以: 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。由于 这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题,导致了很多莫名其妙的问题,所以请谨记对主机字节序不要做任何假定,务必将其转化为网络字节序再 赋给socket。

    3.3、listen()、connect()函数

    如果作为一个服务器,在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。

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

    listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。

    connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

    3.4、accept()函数

    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。

    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。

    注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。

    3.5、read()、write()等函数

    万事具备只欠东风,至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了,即实现了网咯中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:

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

    我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数,这两个函数是最通用的I/O函数,实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下:

           #include 
    
           ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
           ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
    
           #include 
           #include 
    
           ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
           ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
    
           ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                          const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
           ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                            struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    
           ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
           ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
    
    

    read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了,小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的,如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

    write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节 数。失败时返回-1,并设置errno变量。在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是 全部的数据。2)返回的值小于0,此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示 网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。

    其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了,具体参见man文档或者baidu、Google,下面的例子中将使用到send/recv。

    3.6、close()函数

    在服务器与客户端建立连接之后,会进行一些读写操作,完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字,好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

    #include 
    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。

    4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

    我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:

    • 客户端向服务器发送一个SYN J
    • 服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1
    • 客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

    只有就完了三次握手,但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:

    image

    图1、socket中发送的TCP三次握手

    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。

    总结:客户端的connect在三次握手的第二个次返回,而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

    5、socket中TCP的四次握手释放连接详解

    上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程,及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程,请看下图:

    image

    图2、socket中发送的TCP四次握手

    图示过程如下:

    • 某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;

    • 另一端接收到FIN M之后,执行被动关闭,对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程,因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;

    • 一段时间之后,接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N;

    • 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

    这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

     

    6.下面给出实现的一个实例

     

    首先,先给出实现的截图

    服务器端代码如下:

     

     

     

    [cpp] view plaincopyprint?

    1. #include "InitSock.h"
    2. #include
    3. #include
    4. using namespace std;
    5. CInitSock initSock; // 初始化Winsock库
    6. int main()
    7. {
    8. // 创建套节字
    9. SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    10. //用来指定套接字使用的地址格式,通常使用AF_INET
    11. //指定套接字的类型,若是SOCK_DGRAM,则用的是udp不可靠传输
    12. //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)
    13. if(sListen == INVALID_SOCKET)
    14. {
    15. printf("Failed socket() \n");
    16. return 0;
    17. }
    18. // 填充sockaddr_in结构 ,是个结构体
    19. sockaddr_in sin;
    20. sin.sin_family = AF_INET;
    21. sin.sin_port = htons(4567); //1024 ~ 49151:普通用户注册的端口号
    22. sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
    23. // 绑定这个套节字到一个本地地址
    24. if(::bind(sListen, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
    25. {
    26. printf("Failed bind() \n");
    27. return 0;
    28. }
    29. // 进入监听模式
    30. //2指的是,监听队列中允许保持的尚未处理的最大连接数
    31. if(::listen(sListen, 2) == SOCKET_ERROR)
    32. {
    33. printf("Failed listen() \n");
    34. return 0;
    35. }
    36. // 循环接受客户的连接请求
    37. sockaddr_in remoteAddr;
    38. int nAddrLen = sizeof(remoteAddr);
    39. SOCKET sClient = 0;
    40. char szText[] = " TCP Server Demo! \r\n";
    41. while(sClient==0)
    42. {
    43. // 接受一个新连接
    44. //((SOCKADDR*)&remoteAddr)一个指向sockaddr_in结构的指针,用于获取对方地址
    45. sClient = ::accept(sListen, (SOCKADDR*)&remoteAddr, &nAddrLen);
    46. if(sClient == INVALID_SOCKET)
    47. {
    48. printf("Failed accept()");
    49. }
    50. printf("接受到一个连接:%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));
    51. continue ;
    52. }
    53. while(TRUE)
    54. {
    55. // 向客户端发送数据
    56. gets(szText) ;
    57. ::send(sClient, szText, strlen(szText), 0);
    58. // 从客户端接收数据
    59. char buff[256] ;
    60. int nRecv = ::recv(sClient, buff, 256, 0);
    61. if(nRecv > 0)
    62. {
    63. buff[nRecv] = '\0';
    64. printf(" 接收到数据:%s\n", buff);
    65. }
    66. }
    67. // 关闭同客户端的连接
    68. ::closesocket(sClient);
    69. // 关闭监听套节字
    70. ::closesocket(sListen);
    71. return 0;
    72. }

     


    客户端代码:

     

     

     

    [cpp] view plaincopyprint?

    1. #include "InitSock.h"
    2. #include
    3. #include
    4. using namespace std;
    5. CInitSock initSock; // 初始化Winsock库
    6. int main()
    7. {
    8. // 创建套节字
    9. SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    10. if(s == INVALID_SOCKET)
    11. {
    12. printf(" Failed socket() \n");
    13. return 0;
    14. }
    15. // 也可以在这里调用bind函数绑定一个本地地址
    16. // 否则系统将会自动安排
    17. // 填写远程地址信息
    18. sockaddr_in servAddr;
    19. servAddr.sin_family = AF_INET;
    20. servAddr.sin_port = htons(4567);
    21. // 注意,这里要填写服务器程序(TCPServer程序)所在机器的IP地址
    22. // 如果你的计算机没有联网,直接使用127.0.0.1即可
    23. servAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    24. if(::connect(s, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
    25. {
    26. printf(" Failed connect() \n");
    27. return 0;
    28. }
    29. char buff[256];
    30. char szText[256] ;
    31. while(TRUE)
    32. {
    33. //从服务器端接收数据
    34. int nRecv = ::recv(s, buff, 256, 0);
    35. if(nRecv > 0)
    36. {
    37. buff[nRecv] = '\0';
    38. printf("接收到数据:%s\n", buff);
    39. }
    40. // 向服务器端发送数据
    41. gets(szText) ;
    42. szText[255] = '\0';
    43. ::send(s, szText, strlen(szText), 0) ;
    44. }
    45. // 关闭套节字
    46. ::closesocket(s);
    47. return 0;
    48. }

     


    封装的InitSock.h

     

     

     

    [cpp] view plaincopyprint?

    1. #include
    2. #include
    3. #include
    4. #include
    5. #pragma comment(lib, "WS2_32") // 链接到WS2_32.lib
    6. class CInitSock
    7. {
    8. public:
    9. CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2)
    10. {
    11. // 初始化WS2_32.dll
    12. WSADATA wsaData;
    13. WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);
    14. if(::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
    15. {
    16. exit(0);
    17. }
    18. }
    19. ~CInitSock()
    20. {
    21. ::WSACleanup();
    22. }
    23. };
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  • Socket通信原理

    千次阅读 多人点赞 2019-06-12 21:29:24
    Socket通信原理 对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧?随着网络技术的发展,这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问: 什么是TCP/IP、UDP? Socket在哪里呢? Socket是什么呢? 你会使用它们...

    Socket通信原理
    对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧?随着网络技术的发展,这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问:

    1.     什么是TCP/IP、UDP?
      
    2.     Socket在哪里呢?
      
    3.     Socket是什么呢?
      
    4.     你会使用它们吗?
      

    什么是TCP/IP、UDP?

         TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)即传输控制协议/网间协议,是一个工业标准的协议集,它是为广域网(WANs)设计的。
         UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
        这里有一张图,表明了这些协议的关系。
    

    在这里插入图片描述

       TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。
    

    Socket在哪里呢?
    在图1中,我们没有看到Socket的影子,那么它到底在哪里呢?还是用图来说话,一目了然。

    图2

       原来Socket在这里。
    

    Socket是什么呢?
    Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层,它是一组接口。在设计模式中,Socket其实就是一个门面模式,它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面,对用户来说,一组简单的接口就是全部,让Socket去组织数据,以符合指定的协议。
    你会使用它们吗?
    前人已经给我们做了好多的事了,网络间的通信也就简单了许多,但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程,觉得它是比较高深的编程知识,但是只要弄清Socket编程的工作原理,神秘的面纱也就揭开了。
    一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友,先拨号,朋友听到电话铃声后提起电话,这时你和你的朋友就建立起了连接,就可以讲话了。等交流结束,挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理。

    图3

       先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket,然后与端口绑定(bind),对端口进行监听(listen),调用accept阻塞,等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket,然后连接服务器(connect),如果连接成功,这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求,服务器端接收请求并处理请求,然后把回应数据发送给客户端,客户端读取数据,最后关闭连接,一次交互结束。
    

    ============================================

    我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页 时,浏览器的进程怎么与web服务器通信的?当你用QQ聊天时,QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信?这些都得靠socket?那什么是 socket?socket的类型有哪些?还有socket的基本函数,这些都是本文想介绍的。本文的主要内容如下:

    1、网络中进程之间如何通信?
    2、Socket是什么?
    3、socket的基本操作
    3.1、socket()函数
    3.2、bind()函数
    3.3、listen()、connect()函数
    3.4、accept()函数
    3.5、read()、write()函数等
    3.6、close()函数
    4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
    5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
    6、一个例子
    

    1、网络中进程之间如何通信?
    本地的进程间通信(IPC)有很多种方式,但可以总结为下面4类:

    消息传递(管道、FIFO、消息队列)
    同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)
    共享内存(匿名的和具名的)
    远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)
    但这些都不是本文的主题!我们要讨论的是网络中进程之间如何通信?首要解决的问题是如何唯一标识一个进程,否则通信无从谈起!在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题,网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机,而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址,协议,端口)就可以标识网络的进程了,网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

    使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口:UNIX BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI(已经被淘汰),来实现网络进程之间的通信。就目前而言,几乎所有的应用程序都是采用socket,而现在又是网络时代,网络中进程通信是无处不在,这就是我为什么说“一切皆socket”。

    2、什么是Socket?
    上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的,那什么是socket呢?socket起源于Unix,而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”,都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现,socket即是一种特殊的文件,一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭),这些函数我们在后面进行介绍。

    socket一词的起源
    在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的,撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载,Croker写道:“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端,而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道:“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”

    3、socket的基本操作
    既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现,那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例,介绍几个基本的socket接口函数。

    3.1、socket()函数
    int socket(int domain, int type, int protocol);
    socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor),它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样,后续的操作都有用到它,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。

    正如可以给fopen的传入不同参数值,以打开不同的文件。创建socket的时候,也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符,socket函数的三个参数分别为:

    domain:即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(或称AF_UNIX,Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
    type:指定socket类型。常用的socket类型有,SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些?)。
    protocol:故名思意,就是指定协议。常用的协议有,IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等,它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议(这个协议我将会单独开篇讨论!)。
    注意:并不是上面的type和protocol可以随意组合的,如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时,会自动选择type类型对应的默认协议。

    当我们调用socket创建一个socket时,返回的socket描述字它存在于协议族(address family,AF_XXX)空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

    3.2、bind()函数
    正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    函数的三个参数分别为:

    sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
    addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同,

    如ipv4对应的是:
     struct sockaddr_in {
        sa_family_t    sin_family; 
        in_port_t      sin_port;   
        struct in_addr sin_addr;   
    };
    
    
    struct in_addr {
        uint32_t       s_addr;     
    };
    
    ipv6对应的是:
     struct sockaddr_in6 { 
        sa_family_t     sin6_family;    
        in_port_t       sin6_port;      
        uint32_t        sin6_flowinfo;  
        struct in6_addr sin6_addr;      
        uint32_t        sin6_scope_id;  
    };
    
    struct in6_addr { 
        unsigned char   s6_addr[16];    
    };
    
    Unix域对应的是:
     #define UNIX_PATH_MAX    108
    
    struct sockaddr_un { 
        sa_family_t sun_family;                
        char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];   
    };
    

    addrlen:对应的是地址的长度。
    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。

    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:

    a) 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。

    b) 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。

    所以: 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。由于 这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题,导致了很多莫名其妙的问题,所以请谨记对主机字节序不要做任何假定,务必将其转化为网络字节序再 赋给socket。

    3.3、listen()、connect()函数
    如果作为一个服务器,在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。

    int listen(int sockfd, int backlog);
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。

    connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

    3.4、accept()函数
    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。

    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。

    注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。

    3.5、read()、write()等函数
    万事具备只欠东风,至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了,即实现了网咯中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:

    read()/write()
    recv()/send()
    readv()/writev()
    recvmsg()/sendmsg()
    recvfrom()/sendto()
    我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数,这两个函数是最通用的I/O函数,实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下:

       #include 
    
       ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
       ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
    
       #include 
       #include 
    
       ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
       ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
    
       ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
       ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    
       ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
       ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
    

    read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了,小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的,如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

    write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节 数。失败时返回-1,并设置errno变量。在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是 全部的数据。2)返回的值小于0,此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示 网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。

    其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了,具体参见man文档或者baidu、Google,下面的例子中将使用到send/recv。

    3.6、close()函数
    在服务器与客户端建立连接之后,会进行一些读写操作,完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字,好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

    #include
    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。

    4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
    我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:

    客户端向服务器发送一个SYN J
    服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1
    客户端再想服务器发一个确认ACK K+1
    只有就完了三次握手,但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:

    image

    图1、socket中发送的TCP三次握手

    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。

    总结:客户端的connect在三次握手的第二个次返回,而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

    5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
    上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程,及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程,请看下图:

    image

    socket中发送的TCP四次握手

    图示过程如下:
    在这里插入图片描述
    某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;
    另一端接收到FIN M之后,执行被动关闭,对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程,因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;
    一段时间之后,接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N;
    接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。
    这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

    6.下面给出实现的一个实例

    服务器端代码如下:

    
    [cpp] view plaincopyprint?
    #include "InitSock.h"
    #include
    #include
    using namespace std;
    CInitSock initSock; // 初始化Winsock库
    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
    //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
    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_un.S_addr = INADDR_ANY;
    // 绑定这个套节字到一个本地地址
    if(::bind(sListen, (LPSOCKADDR)&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;
    int nAddrLen = sizeof(remoteAddr);
    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] ;
    int 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
    ::closesocket(sClient);
    // 关闭监听套节字
    ::closesocket(sListen);
    return 0;
    }
     
    

    客户端代码:

    [cpp] view plaincopyprint?
    #include "InitSock.h"
    #include
    #include
    using namespace std;
    CInitSock initSock; // 初始化Winsock库
    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_un.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)
    {
    //从服务器端接收数据
    int nRecv = ::recv(s, buff, 256, 0);
    if(nRecv > 0)
    {
    buff[nRecv] = '\0';
    printf("接收到数据:%s\n", buff);
    }
    // 向服务器端发送数据
    gets(szText) ;
    szText[255] = '\0';
    ::send(s, szText, strlen(szText), 0) ;
    }
    // 关闭套节字
    ::closesocket(s);
    return 0;
    }
     
    

    封装的InitSock.h

    
    [cpp] view plaincopyprint?
    #include
    #include
    #include
    #include
    #pragma comment(lib, "WS2_32") // 链接到WS2_32.lib
    class CInitSock
    {
    public:
    CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2)
    {
    // 初始化WS2_32.dll
    WSADATA wsaData;
    WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);
    if(::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
    {
    exit(0);
    }
    }
    ~CInitSock()
    {
    ::WSACleanup();
    }
    };
     
    
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