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1. socket 套接字
Socket 是一个用于网络通信的技术。Socket 通信允许客户端——服务器之间进行双向通信。它可以使任何客户端机器连接到任何服务器，安装在客户端和服务器两侧的程序就可以实现双向的通信。Socket的作用就是把连接两个计算机的通信软件“中间接”起来，能够实现远程连接
socket 是一个编程接口 (网络编程接口)，是一种特殊的文件描述符 (write/read/close)
socket 并不仅限于TCP/IP协议socket 是独立于具体协议的编程接口，这个接口位于TCP / IP四层模型中的应用层与传输层之间
socket类型：(1) 流式套接字 (SOCK_STREAM)
面向字节流，针对传输层协议为TCP的应用
保证数据传输是可靠的
提供一种可靠的、面向连接的双向数据传输服务，实现了数据无差错、无重复的发 送。流式套接字内设流量控制，被传输的数据看作是无记录边界的字节流
(2) 数据报套接字 (SOCK_DGRAM)
针对传输层协议为UDP的应用
提供一种无连接的服务，该服务并不能保证数据传输的可靠性它提供了一种无连接、不可靠的双向数据传输服务。数据在传输过程中可能会丢失或重复，并且不能保证在接收端按发送顺序接收数据
(3) 原始套接字(SOCK_RAW)直接跳过传输层，该套接字允许对较低层协议 (如IP或ICMP) 进行直接访问，常用于网络协议分析，检验新的网络协议实现，也可用于测试新配置或安装的网络设备
把socket(网络编程接口)当成一个特殊的文件描述符即可
2. TCP网络应用
任何的网络应用都有通信双方：
服务器(Server) / 客户端(Client)
网络结构：CS架构
TCP套接字编程基本流程：
TCP网络应用
TCP Server
TCP Client
任何的网络应用：IP(目标主机) + 传输层协议(如何传输) + 端口号(具体应用)
TCP网络应用的数据传输的大致过程：
(1) 建立连接：
"三次握手"
(2) 发送/接收网络数据 (操作socket)
write / send / sendto
read / recv / recvfrom(3) 关闭连接：
"四次挥手"
TCP网络应用编程流程：
TCP Server
(1) socket：创建一个套接字
(2) bind：把一个套接字和网络地址绑定到一起
如果你想要其他人主动来连接你，你就必须bind一个地址，并且把这个地址告诉其他人
注意：不调用bind，并不代表你的socket就没有地址，不管你调不调用bind，socket在通信时，内核都会为你的socket指定一个地址
(3) listen：让套接字进入“监听模式”
(4) 有连接请求的时候accept 接收一个监听队列上面的请求
多次的调用accept就可以与不同的客户建立连接
accept 在“监听套接字”上，创建一个与客户端的“连接套接字”
(5) 进行通信，读写数据write / send / sendto
read / recv / recvfrom
(6) 关闭socket套接字："四次挥手"close / shutdown
TCP Client
(1) socket：创建一个套接字
(2) bind ----> 可要可不要
(3) connect 主动与server建立连接：需要知道服务器的地址(4) 进行通信，读写数据
write / send / sendto
read / recv / recvfrom
(5) 关闭socket套接字："四次挥手"close / shutdown
3. socket 具体的API函数解析
(1) socket：创建一个套接字
NAME socket - create an endpoint for communication SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> socket用来创建一个通信端口“socket” int socket(int domain, int type, int protocol); domain： 指定域,协议族。socket接口不仅仅局限于TCP/IP,还可以用于buletooth,本地进程间通信... 每一种通信模式下面都有一系列自己的协议，归到一类：协议族 AF_INET IPV4协议族 AF_INET6 IPV6协议族 AF_UNIX（UNIX域协议）/ AF_LOCAL 本地进程间通信 type：指定要创建的套接字类型 SOCK_STREAM 流式套接字 TCP SOCK_DGRAM 数据报套接字 UDP SOCK_RAW 原始套接字 ... protocol：指定具体的应用层协议,可以指定为0(不知名的私有应用协议) 返回值: 成功返回一个套接字描述符(>0,特殊的文件描述符) 失败返回-1,同时errno被设置(2) bind：把一个套接字和网络地址绑定到一起
NAME bind - bind a name to a socket SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); sockfd: 要绑定的套接字描述符 addr：要绑定的网络地址结构体指针 addrlen：要绑定的网络地址结构体的长度 通过指针去访问内存,为了防止内存越界 返回值: 成功返回0 失败返回-1,同时errno被设置(3) listen：让套接字进入“监听模式”
NAME listen - listen for connections on a socket SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> 开启对一个套接字描述符的监听 int listen(int sockfd, int backlog); sockfd：开启对哪一个套接字的监听 backlog：监听队列上面最大的请求数量 返回值： 成功返回0 失败返回-1,同时errno被设置(4) accept：接收一个监听队列上面的请求
NAME accept, accept4 - accept a connection on a socket SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> accept接收一个套接字监听队列上面的请求 int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); sockfd：你监听的套接字 addr：网络地址结构体指针,指向一块可用的空间,用来保存客户端的地址的 addrlen：指针,指向的数据保存第二个参数指针指向的可用空间的长度,防止内存越界 能够把客户端的网络地址保存起来,在调用的时候,addrlen一般保存addr指向 的那个结构体的大小,函数返回时,addrlen指向的变量保存的是客户端地址的实际大小 返回值: 成功返回一个连接套接字 表示与一个特定的客户端的连接,后续与这个客户端的数据通信都需要通过这个连接套接字 失败返回-1,同时errno被设置 阻塞到客户端连接(5) connect：主要用于TCP Client 去连接TCP Server
NAME connect - initiate a connection on a socket SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> connect用来将参数sockfd表示的soctet文件描述符连接到参数addr描述的网络地址上面去 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); sockfd：本地的套接字描述符 addr：指定服务器的地址(ip+端口号),表示你要连接哪一个服务器,是一个网络地址指针 addrlen：指定第二个参数的长度，通过第二个参数指针去访问指定的位置,但是不能越界 返回值: 成功返回0 失败返回-1,同时errno被设置(6) 网络地址结构体
socket 描述符可以用于IPV4也可以用于IPV6，也可以用于蓝牙......
但是不同的协议里面，"地址"的描述方法不一样
设置了一个通用的地址结构体，所有的socket 函数接口用到的地址参数的类型都使用：
struct sockaddr 这种类型表示
所有协议的地址都是使用这个结构体去描述一个地址的，在这个结构体的第一个成员变量中，指定了协议族，按照相应的协议族去解析具体的地址
// 通用地址结构体：#include<linux/socket.h> // 定义在/usr/include/linux/socket.h struct sockaddr { sa_family_t sa_family; // 指定协议族 char sa_data[14]; // 空间，存放具体协议的地址 }; 我们现在使用IPV4，所以这个地址需要使用一个IPV4协议族下面的地址 IPV4的地址结构体：vim /usr/include/netinet/in.h // #include<netinet/in.h> struct sockaddr_in { // 描述一个IPV4的地址（IP + 端口号） sa_family_t sin_family; // 指定协议族 u_int16 sin_port; // 端口号，2个字节，必须是网络字节序 struct in_addr sin_addr; // IPV4地址，4个字节 unsigned char sin_zero[8]; // 填充8个字节，为了和通用网络地址结构体一样大 }; typedef uint32_t in_addr_t; struct in_addr { // 32位的IP地址 in_addr_t s_addr; };问题1： 人类常说的ip是“点分式”,但是结构体中要求的却是struct in_addr,怎么办？ IPV4地址转换函数 #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> // inet_aton：把“点分式”的IP地址转换为in_addr类型的地址 int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp); cp：指针,指向你要转换的Ip字符串(“点分式”) inp：指针,指向一块内存空间,保存转换后的Ip地址 返回值: 成功返回0 失败返回-1,errno被设置 例子: // 定义一个IPV4的结构体 struct sockaddr_in sa; memset(&sa, 0, sizeof(sa)); // 设置协议族为IPV4 sa.sin_family = AF_INET; // 把“192.168.1.4”这个地址转换后存入sa的成员中 inet_aton("192.168.1.4", &(sa.sin_addr)); // sa.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.4"); // sa就描述了一个IPV4的地址 ------------------------------------------------------------------------ // inet_addr也是把点分式的IP转换为in_addr_t类型 in_addr_t inet_addr(const char *cp); // 只不过此函数是把转换结果直接返回 ------------------------------------------------------------------------- // inet_network与inet_addr功能一样 in_addr_t inet_network(const char *cp); ------------------------------------------------------------------------- // 把一个网络地址转换为IPV4的点分式字符串,返回这个字符串的首地址 char* inet_ntoa(struct in_addr in);问题2： PC上面一般是小端模式，在指定端口号的时候，需要使用大端模式（网络字节序） 网络字节序与主机字节序之间的转换 NAME htonl,htons,ntohl,ntohs - convert values between host and network byte order SYNOPSIS #include <arpa/inet.h> h: host 主机字节序 n: network 网络字节序 l: long -->32bits s: short --->16bits // 将字符串变成整数 #include <stdlib.h> int atoi(const char *nptr); long atol(const char *nptr); long long atoll(const char *nptr); uint32_t htonl(uint32_t hostlong); // htonl：把一个32位的数字(主机字节序)转换为网络字节序的数字 uint16_t htons(uint16_t hostshort); <----- 端口号 // htons：把一个16位的数字(主机字节序)转换为网络字节序的数字 uint32_t ntohl(uint32_t netlong); // ntohl：把一个32位的数字(网络字节序)转换为主机字节序的数字 uint16_t ntohs(uint16_t netshort); // ntohs：把一个16位的数字(网络字节序)转换为主机字节序的数字(7) 往套接字上面发送数据
write/send/sendto 这三个函数，TCP都可以使用，但是UDP只能使用sendto
NAME send, sendto- send a message on a socket // 发送一个数据到指定的socket SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> send用来往一个套接字上面发送数据 ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); sockfd：你要向哪一个套接字上面发送数据 buf:你要发送的数据的指针 len:你要发送多少数据(字节) flags:一般为0 返回值: 成功返回实际发送的字节数 失败返回-1,同时errno被设置ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); sendto和send类似,多了两个参数,多的两个参数是指定接收方的地址 TCP是面向连接的通信,可以不指定,因为在通信前已经connect了,sockfd就是一个连接套接字, 已经保存了接收方的地址。但是UDP一定要指定,因为UDP无连接的通信 dest_addr:指定接收方的地址 addrlen:指定接收方的地址的长度 返回值: 成功返回实际发送的字节数 失败返回-1,同时errno被设置(8) 从套接字上面接收数据 read / recv / recvfrom
NAME recv, recvfrom - receive a message from a socket SYNOPSIS #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); recv前面三个参数和read类似,都是从指定的文件描述符中读取count个字节存到buf指向的空间 flags:一般为0 返回值: 成功返回实际读取的字节数 失败返回-1,同时errno被设置recvfrom前面的四个参数与recv一样 ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); src_addr：用来保存发送方的地址,TCP/UDP都可以不指定 TCP一定知道数据的来源的地址,保存在sockfd中 但是如果UDP不指定,虽然可以收到数据,但是不知道是谁发送给你的 addrlen：用来保存发送方地址的长度，也是一个指针 addrlen一般保存的是src_addr指向的结构体的大小,但是函数返回的时候 addrlen指向的变量保存的是发送方地址的实际大小 返回值: 成功返回实际读取的字节数 失败返回-1,同时errno被设置(9) 关闭套接字 close / shutdown
NAME shutdown - shut down socket send and receive operations SYNOPSIS #include <sys/socket.h> int shutdown(int socket, int how); socket：要关闭的套接字 how表示关闭方式: SHUT_RD 关闭读 SHUT_WR 关闭写 SHUT_RDWR 关闭读写--->close 返回值: 成功返回0 失败返回-1,同时errno被设置
4. TCP服务端和客户端代码实现
client.c
// 客户端 #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <string.h> int main(int argc, char *argv[]) { if (argc != 3) { printf("input error"); return -1; } // (1) socket：创建一个套接字 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd == -1) { perror("socket failed"); return -1; } // (2) bind ------> 可要可不要 // (3) connect 主动与server建立连接：需要知道服务器的地址 // 先要准备服务器的网络地址结构体 struct sockaddr_in sAddr; // 设置地址结构体 memset(&sAddr, 0, sizeof(sAddr)); // 设置协议族 sAddr.sin_family = AF_INET; // 设置端口号,必须是网络字节序 sAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // 设置IP地址 sAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); int ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)(&sAddr), sizeof(sAddr)); if (ret == -1) { perror("connect failed"); close(sockfd); return -1; } printf("connect success\n"); while (1) { // (4) 读写数据 char buf[50]; scanf("%s", buf); write(sockfd, buf, sizeof(buf)); char buff[50] = {0}; int r = read(sockfd, buff, 50); printf("r = %d, buff = %s\n", r, buff); } // (5) 关闭socket套接字："四次挥手" close(sockfd); return 0; }server.c
// 服务端 #include <stdio.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <stdlib.h> #include <unistd.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <string.h> int main(int argc, char *argv[]) { if (argc != 3) { printf("input error"); return -1; } // (1) socket：创建一个套接字 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd == -1) { perror("socket failed"); return -1; } // (2) bind struct sockaddr_in sAddr; memset(&sAddr, 0, sizeof(sAddr)); sAddr.sin_family = AF_INET; sAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); sAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)(&sAddr), (socklen_t)sizeof(sAddr)); if (ret == -1) { perror("bind failed"); close(sockfd); return -1; } // (3) listen：让套接字进入“监听模式” listen(sockfd, 2); struct sockaddr_in cAddr; socklen_t addrlen = sizeof(cAddr); while (1) { // (4) accept int confd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)(&cAddr), &addrlen); if (confd != -1) { printf("accept success\n"); printf("client IP:%s, client port:%d\n", inet_ntoa(cAddr.sin_addr), ntohs(cAddr.sin_port)); // (5) 读写数据 char buf[256] = {0}; int r = read(confd, buf, 256); if (r > 0) { printf("r = %d,message:%s\n", r, buf); } write(confd, "goodbye", sizeof("goodbye")); // 关闭连接 close(confd); } } // (6) 关闭socket套接字："四次挥手" close(sockfd); return 0; }
5. UDP网络应用
UDP是传输层的一个协议，面向无连接，数据报的传输层协议
无连接：不需要三次握手，数据不可靠
在网络环境比较好的情况下，UDP的传输效率比较高
常用于“实时应用”的情况
数据包具有时效性
在应用层添加一些私有控制协议，提高数据传输的可靠性
编程流程：发送必须使用sendto，因为数据发送前没有连接，告诉socket，要把数据发给谁
接收数据一般使用recvfrom，也可以使用read / recv，但是这两个函数只能读取到用户数据，不能获取发送方的网络地址
如果客户端没有绑定，那么服务器就不能获取发送方的网络地址
