socket套接字详解（TCP与UDP）
学习LInux，网络编程套接字是基础，也是新手学习的难点，通过本篇文章，读者可以通过图解、作者的代码实现思路全面理解IP地址、端口号、TCP、UDP概念、socket API用法、模拟客户端/服务器通信等。
- Mark：阅读blog + 代码实现耗时18分钟
文章重点：
IP地址、端口号……
socket API
实现UDP客户端/服务器
- 套接字是网络编程中的一种通信机制，是支持TCP/IP的网络通信的基本操作单元，可以看做是不同主机之间的进程进行双向通信的端点，简单的说就是通信的两方的一种约定，用套接字中的相关函数来完成通信过程。
前面介绍过，本地的进程间通信（IPC）有很多种方式，常见的总结以下几点：
1、管道（包括无名管道和命名管道）； 2、消息队列； 3、信号量； 4、共享存储。 5、……（ Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC）。
认识网络层通信过程：
初识IP：
（IP就是：Internet协议IP）
在通信时，IP有源IP和目的IP之分，
对比寄快递：网络通信相当于收发快递，IP就是收件/发件人地址，仅仅知道地址还不行，还要知道派送人是谁？这就对比于网络中的端口号概念，端口号标识了一个进程，告诉操作系统，当前这个数据交给哪一个程序进行解析。
端口号：
端口号（port）是传输层协议的内容。
端口号是一个2字节16位的整数；
端口号用来标识一个进程，告诉操作系统，当前这个数据交给哪一个程序进行解析；
IP地址 + 端口号能标识网络上的某一台主机的某一个进程；
一个端口号只能被一个进程占用。
端口号 & 进程：
- 概念
进程有唯一的pid标识，端口号也能标识进程；
一个进程可以绑定多个端口号，一个端口号不能被多个进程绑定。
- 源端口号 & 目的端口号
传输层协议（TCP/IP）的数据段中有两个端口号，分别叫做源端口号和目的端口号，就是在描述“数据是谁的？发给谁？”
TCP：
（TCP）传输控制协议，面向连接。是一种提供可靠数据传输的通用协议。
传输层协议
有连接
可靠传输
面向字节流
UDP：
（UDP）用户数据报协议，是一个面向无连接的协议。采用该协议不需要两个应用程序先建立连接。UDP协议不提供差错恢复，不能提供数据重传，因此该协议传输数据安全性差。
传输层协议
无连接
不可靠传输
面向数据报
网络字节序：
- 如何定义网络数据流的地址？
其实很容易理解这个问题，就是C语言中比较讲究的大小端问题。
发送机按内存地址从低到高顺序发送；
接收主机按内存地址从低到高顺序保存；
TCP/IP规定：网络数据流应采用大端字节序，即地地址高字节；
不论主机是大端机还是小端机，都必须遵循TCP/IP规定；
如果发送机是小端，就先将数据转成大端再发送。
socket API：
//创建socket文件描述符 (TCP/UDP,客户端+服务器) int socket(int domain, int type, int protocol);
参数1(domain): 选择创建的套接字所用的协议族；
AF_INET ： IPv4协议；
AF_INET6： IPv6协议；
AF_LOCAL: Unix域协议；
AF_ROUTE：路由套接口；
AF_KEY ：密钥套接口。
参数2(type)：指定套接口类型，所选类型有：
SOCK_STREAM：字节流套接字；
SOCK_DGRAM : 数据报套接字;
SOCK_RAW : 原始套接口。
procotol: 使用的特定协议，一般使用默认协议（NULL）。
//绑定端口号 （TCP/IP，服务器） int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
参数1(socket) : 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2(address)：指向特定协议的地址指针。
参数3(address_len)：上面地址结构的长度。
返回值：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR。
//开始监听socket (TCP,服务器） int listen(int socket, int backlog);
参数1(sockfd)：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2(backlog)：所监听的端口队列大小。
//接受请求 （TCP，服务器） int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
参数1(socket) : 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2(address)：指向特定协议的地址指针。
参数3(addrlen)：上面地址结构的长度。
返回值：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR。
//建立连接 （TCP，客户端） int connect(int sockfd, const struct struct sockaddr *addr, aocklen_t addrlen);
//关闭套接字 int close(int fd);
参数(fd)：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）。
socket API是一层抽象的网络编程接口，适用于各种底层网络协议，如IPv4，IPv6，……
简单的TCP网络程序：
- TCP客户—服务器程序的执行流程图：
服务器代码：
#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
using namespace std;
#define SERVER_PORT 5050 //端口号
#define SERVER_IP "192.168.3.254" //服务器ip
#define QUEUE_SIZE 5 //所监听端口队列大小
int main(int argc, char *argv[])
{
//创建一个套接字，并检测是否创建成功
int sockSer;
sockSer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockSer == -1){
perror("socket");
}
//设置端口可以重用，可以多个客户端连接同一个端口，并检测是否设置成功
int yes = 1;
if(setsockopt(sockSer, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1){
perror("setsockopt");
}
struct sockaddr_in addrSer,addrCli; //创建一个记录地址信息的结构体
addrSer.sin_family = AF_INET; //所使用AF_INET协议族
addrSer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //设置地址结构体中的端口号
addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); //设置其中的服务器ip
//将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。并检测是否绑定成功
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
int res = bind(sockSer,(struct sockaddr*)&addrSer, addrlen);
if(res == -1)
perror("bind");
listen(sockSer, QUEUE_SIZE); //监听端口队列是否由连接请求，如果有就将该端口设置位可连接状态，等待服务器接收连接
printf("Server Wait Client Accept......\n");
//如果监听到有连接请求接受连接请求。并检测是否连接成功，成功返回0，否则返回-1
int sockConn = accept(sockSer, (struct sockaddr*)&addrCli, &addrlen);
if(sockConn == -1)
perror("accept");
else
{
printf("Server Accept Client OK.\n");
printf("Client IP:> %s\n", inet_ntoa(addrCli.sin_addr));
printf("Client Port:> %d\n",ntohs(addrCli.sin_port));
}
char sendbuf[256]; //申请一个发送缓存区
char recvbuf[256]; //申请一个接收缓存区
while(1)
{
printf("Ser:>");
scanf("%s",sendbuf);
if(strncmp(sendbuf,"quit",4) == 0) //如果所要发送的数据为"quit"，则直接退出。
break;
send(sockConn, sendbuf, strlen(sendbuf)+1, 0); //发送数据
recv(sockConn, recvbuf, 256, 0); //接收客户端发送的数据
printf("Cli:> %s\n",recvbuf);
}
close(sockSer); //关闭套接字
return 0;
}
客户端代码：
#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
using namespace std;
#define SERVER_PORT 5050
#define SERVER_IP "192.168.3.254"
int main(int argc, char *argv[])
{
//创建客户端套接字号，并检测是否创建成功
int sockCli;
sockCli = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockCli == -1)
perror("socket");
//创建一个地址信息结构体，并对其内容进行设置
struct sockaddr_in addrSer;
addrSer.sin_family = AF_INET; //使用AF_INET协议族
addrSer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //设置端口号
addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); //设置服务器ip
bind(sockCli,(struct sockaddr*)&addrCli, sizeof(struct sockaddr)); //将套接字地址与所创建的套接字号联系起来
//创建一个与服务器的连接，并检测连接是否成功
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
int res = connect(sockCli,(struct sockaddr*)&addrSer, addrlen);
if(res == -1)
perror("connect");
else
printf("Client Connect Server OK.\n");
char sendbuf[256]; //申请一个发送数据缓存区
char recvbuf[256]; //申请一个接收数据缓存区
while(1)
{
recv(sockCli, recvbuf, 256, 0); //接收来自服务器的数据
printf("Ser:> %s\n",recvbuf);
printf("Cli:>");
scanf("%s",sendbuf);
if(strncmp(sendbuf,"quit", 4) == 0) //如果客户端发送的数据为"quit"，则退出。
break;
send(sockCli, sendbuf, strlen(sendbuf)+1, 0); //发送数据
}
close(sockCli); //关闭套接字
return 0;
}
简单的UDP网络程序：
- 相对与TCP来说，UDP安全性差，面向无链接。所以UDP地实现少了连接与接收连接的操作。所以在收发数据时就不能再用send()和recvfrom()了，而是用sendto()和recvto()之名从哪收发数据。
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
参数1(sockfd)：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2(buf)：指向存有发送数据的缓冲区的指针
参数3(len)：缓冲区长度。
**参数4(flags)：**flags的值或为0，或为其他
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
参数1(sockfd)：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2(buf)：指向存有接收数据的缓冲区的指针
参数3(len)：缓冲区长度
**参数4(flags)：**flags的值或为0，或为其他
服务器端代码：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
int main()
{
//创建一个套接字，并检测是否创建成功
int sockSer = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sockSer == -1)
perror("socket");
struct sockaddr_in addrSer; //创建一个记录地址信息的结构体
addrSer.sin_family = AF_INET; //使用AF_INET协议族
addrSer.sin_port = htons(5050); //设置地址结构体中的端口号
addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.169"); //设置通信ip
//将套接字地址与所创建的套接字号联系起来，并检测是否绑定成功
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
int res = bind(sockSer,(struct sockaddr*)&addrSer, addrlen);
if(res == -1)
perror("bind");
char sendbuf[256]; //申请一个发送数据缓存区
char recvbuf[256]; //申请一个接收数据缓存区
struct sockaddr_in addrCli;
while(1)
{
recvfrom(sockSer,recvbuf,256,0,(struct sockaddr*)&addrCli, &addrlen); //从指定地址接收客户端数据
printf("Cli:>%s\n",recvbuf);
printf("Ser:>");
scanf("%s",sendbuf);
sendto(sockSer,sendbuf,strlen(sendbuf)+1,0,(struct sockaddr*)&addrCli, addrlen); //向客户端发送数据
}
return 0;
}
客户端代码：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
int main()
{
//创建一个套接字，并检测是否创建成功
int sockCli = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sockCli == -1){
perror("socket");
}
addrSer.sin_family = AF_INET; //使用AF_INET协议族
addrSer.sin_port = htons(5050); //设置地址结构体中的端口号
addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.169"); //设置通信ip
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
char sendbuf[256]; //申请一个发送数据缓存区
char recvbuf[256]; //申请一个接收数据缓存区
while(1){
//向客户端发送数据
printf("Cli:>");
scanf("%s",sendbuf);
sendto(sockCli, sendbuf, strlen(sendbuf)+1, 0, (struct sockaddr*)&addrSer, addrlen);
接收来自客户端的数据
recvfrom(sockCli, recvbuf, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&addrSer, &addrlen);
printf("Ser:>%s\n", recvbuf);
}
return 0;
}
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