socket编程基础
TCP/IP、UDP设计模式
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。 数组
TCP/IP协议存在于OS中，网络服务经过OS提供，在OS中增长支持TCP/IP的系统调用——Berkeley套接字，如Socket，Connect，Send，Recv等浏览器
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。如图：服务器
TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层，而socket所在位置如图，Socket是应用层与TCP/IP协议族通讯的中间软件抽象层。网络
socket套接字
socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，均可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操做。Socket就是该模式的一个实现， socket便是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操做（读/写IO、打开、关闭）.
说白了Socket是应用层与TCP/IP协议族通讯的中间软件抽象层，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，对用户来讲，一组简单的接口就是所有，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
数据结构
套接字描述符
当应用程序要建立一个套接字时，操做系统就返回一个小整数做为描述符，应用程序则使用这个描述符来引用该套接字须要I/O请求的应用程序请求操做系统打开一个文件。操做系统就建立一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看，文件描述符是一个整数，应用程序能够用它来读写文件。下图显示，操做系统如何把文件描述符实现为一个指针数组，这些指针指向内部数据结构。
对于每一个程序系统都有一张单独的表。精确地讲，系统为每一个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。当进程打开一个文件时，系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表，并把该表的索引值返回给调用者 。应用程序只需记住这个描述符，并在之后操做该文件时使用它。操做系统把该描述符做为索引访问进程描述符表，经过指针找到保存该文件全部的信息的数据结构。socket
SOCKET接口函数ide
工做原理：“open—write/read—close”模式。函数
服务器端先初始化Socket，而后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端链接。在这时若是有个客户端初始化一个Socket，而后链接服务器(connect)，若是链接成功，这时客户端与服务器端的链接就创建了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，而后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭链接，一次交互结束。测试
socket()函数
int socket(int protofamily, int type, int protocol);
socket函数对应于普通文件的打开操做。普通文件的打开操做返回一个文件描述字，而socket()用于建立一个socket描述符（socket descriptor），它惟一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字同样，后续的操做都有用到它，把它做为参数，经过它来进行一些读写操做。正如能够给fopen的传入不一样参数值，以打开不一样的文件。建立socket的时候，也能够指定不一样的参数建立不一样的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
protofamily：即协议域，又称为协议族（family）。经常使用的协议族有，AF_INET(IPV4)、AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。
type：指定socket类型。经常使用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等。
protocol：故名思意，就是指定协议。经常使用的协议有，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（通常设置为0，让系统自动选择相应协议。）。
bind()函数
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
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。函数的三个参数分别为：
sockfd：即socket描述字，它是经过socket()函数建立了，惟一标识一个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建立socket时的地址协议族的不一样而不一样，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 */
};addrlen：对应的是地址的长度。
一般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，客户就能够经过它来接连服务器；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。这就是为何一般服务器端在listen以前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。
注意：
网络字节序以大端模式传输。因此：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
listen()、connect()函数
做为一个服务器，在调用socket()、bind()以后就会调用listen()来监听这个socket，若是客户端这时调用connect()发出链接请求，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能够排队的最大链接个数。socket()函数建立的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的链接请求。
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。客户端经过调用connect函数来创建与TCP服务器的链接。
accept()函数
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()以后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()以后就向TCP服务器发送了一个链接请求。TCP服务器监听到这个请求以后，就会调用accept()函数取接收请求，这样链接就创建好了。以后就能够开始网络I/O操做了，即类同于普通文件的读写I/O操做。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数sockfd
参数sockfd就是上面解释中的监听套接字，这个套接字用来监听一个端口，当有一个客户与服务器链接时，它使用这个一个端口号，而此时这个端口号正与这个套接字关联。固然客户不知道套接字这些细节，它只知道一个地址和一个端口号。
参数addr
这是一个输出型参数，它用来接受一个返回值，这返回值指定客户端的地址，固然这个地址是经过某个地址结构来描述的，用户应该知道这一个什么样的地址结构。若是对客户的地址不感兴趣，那么能够把这个值设置为NULL。
参数len
如同你们所认为的，它也是输出型参数，用来接受上述addr的结构的大小的，它指明addr结构所占有的字节个数。一样的，它也能够被设置为NULL。
若是accept成功返回，则服务器与客户已经正确创建链接了，此时服务器经过accept返回的套接字来完成与客户的通讯。
注意：
accept默认会阻塞进程，直到有一个客户链接创建后返回，它返回的是一个新可用的套接字，这个套接字是链接套接字。
read()、write()等函数
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，实际上能够把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明以下：
#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);
这几个函数比较简单，就不做详细介绍了。
close()函数
在服务器与客户端创建链接以后，会进行一些读写操做，完成了读写操做就要关闭相应的socket描述字，比如操做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，而后当即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再做为read或write的第一个参数。
注意：close操做只是使相应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链接请求。
示例：
TCP通讯
服务器
//sever.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
void* handler_data(void* arg)
{
int sock = *((int*)arg);
printf("connect a new client %d\n", sock);
char buf[1024];
memset(buf, '\0', sizeof(buf));
while(1)
{
ssize_t _s = read(sock, buf, sizeof(buf)-1);
if(_s > 0)
{
buf[_s] = '\0';
printf("client[%d] # %s\n", sock, buf);
write(sock, buf, strlen(buf));
}
else if(_s == 0)
{
printf("client[%d] is closed...\n", sock);
break;
}
else
{
break;
}
}
close(sock);
pthread_exit(NULL);
}
int main()
{
int listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(listen_sock < 0)
{
perror("socket");
return 1;
}
struct sockaddr_in local;
local.sin_family = AF_INET;
local.sin_port = htons(8080);
local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
if(bind(listen_sock, (const struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
{
perror("bind");
return 2;
}
if(listen(listen_sock, 5) < 0)
{
perror("listen");
return 3;
}
struct sockaddr_in peer;
socklen_t len = sizeof(peer);
while(1)
{
int new_fd = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&peer, &len);
if(new_fd > 0)
{
pthread_t id;
pthread_create(&id, NULL, handler_data, (void* )&new_fd);
pthread_detach(id);
}
}
return 0;
}
客户端
//client.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
if(argc != 3)
{
printf("error argv\n");
return 1;
}
int conn_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(conn_sock < 0)
{
perror("socket");
return 2;
}
struct sockaddr_in remote;
remote.sin_family = AF_INET;
remote.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
remote.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
if(connect(conn_sock, (const struct sockaddr*)&remote, sizeof(remote)) < 0)
{
perror("connect");
return 3;
}
char buf[1024];
memset(buf, '\0', sizeof(buf));
while(1)
{
printf("please enter# ");
fflush(stdout);
ssize_t _s = read(0, buf, sizeof(buf)-1);
if(_s > 0)
{
buf[_s-1] = '\0';
write(conn_sock, buf, strlen(buf));
read(conn_sock, buf, sizeof(buf));
printf("sever echo# %s\n", buf);
}
}
return 0;
}
程序演示：
运行服务器后，服务器等待TCP链接，这里能够用三种方式测试：Telnet、浏览器、客户端。
Telnet测试：
浏览器测试：
客户端测试：
注意：在启动服务器的时候可能会出现以下的状况：
如今用Ctrl-C把client终止掉，等待大约30秒后，服务器又能够启动了。
缘由分析：
虽然server的应用程序终止了,但TCP协议层的链接并无彻底断开,所以不能再次监 听一样的server端口。
client终止时自动关闭socket描述符,server的TCP链接收到client发送的FIN段后处于TIME_WAIT状态。TCP协议规定,主动关闭链接的一方要处于TIME_WAIT状态,等待两个MSL(maximum segment lifetime)的时间后才能回到CLOSED状态,由于咱们先Ctrl-C终止了server,因此server是主动关闭链接的一方,在TIME_WAIT期间仍然不能再次监听一样的server端口。MSL在RFC1122中规定为两分钟,可是各操做系统的实现不一样,在Linux上通常通过半分钟后就能够再次启动server了。
解决这个问题的方法是使用setsockopt()设置socket描述符的选项SO_REUSEADDR为1,表示容许建立端口号相同但IP地址不一样的多个socket描述符。在server代码的socket()和bind()调用之间插入以下代码:
setsocketopt这个函数这里不做详细介绍，有兴趣的读者能够自行查询一下。
- 1. socket 编程基础
- 2. Socket编程基础
- 3. socket编程基础
- 4. Socket网络编程基础
- 5. Python基础之（Socket编程）
- 6. c#socket编程基础
- 7. Python基础（十）socket编程
- 8. python基础知socket编程
- 9. TCP Socket 编程基础
- 10. Socket编程基础篇
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