socket通讯基础

目录

• 1、socket通讯的概念
• 2、套接字（socket）
• 3、socket通讯的过程
• 4、客户/服务端模式
  • 服务端的工做流程
  • 二、客户端的工做流程
• 5、注意事项
  • 一、别去纠缠细节
  • 二、服务端程序绑定地址
  • 三、服务端程序绑定的通讯端口
  • 四、客户端程序指定服务端的ip地址
  • 五、客户端程序指定服务端的通讯端口
  • 六、send函数
  • 七、recv函数
  • 八、服务端有两个socket
  • 九、程序退出时先关闭socket
• 6、相关的库函数
  • 一、socket函数
  • 二、gethostbyname函数
  • 三、connect函数
  • 四、bind函数
  • 五、listen函数
  • 六、accept函数
  • 七、函数小结
• 7、课后做业
• 8、版权声明

各位兄弟，在学习Linux编程基础以前，必定要先学习Linux基础知识和计算机网络基础知识，若是对这两方面的基础知识和基本概念不熟，谈不上Linux编程和网络通讯编程。

1、socket通讯的概念

socket也称做“套接字”，描述了计算机的IP地址和端口，运行在计算机中的程序之间采用socket进行数据通讯。通讯的两端都有socket，它是一个通道，数据在两个socket之间进行传输。

socket把复杂的TCP/IP协议族隐藏在socket接口后面，对程序员来讲，只要用好socket相关的函数，就能够完成数据通讯。

2、套接字（socket）

TCP提供了流（stream）和数据报（datagram）两种通讯机制，因此套接字也分为流套接字和数据报套接字。

流套接字的类型是SOCK_STREAM，它提供的是一个有序、可靠、双向字节流的链接，所以发送的数据能够确保不会丢失、重复或乱序到达，并且它还有出错后从新发送的机制（就像两我的在打电话，聊天您一句我一句，有来有往，没听清楚就再说一次）。

数据报套接的类型是SOCK_DGRAM，它不须要创建和维持一个链接，采用UDP/IP协议实现。它对能够发送的数据的长度有限制，数据报做为一个单独的网络消息被传输，它可能会丢失、复制或错乱到达，UDP不是一个可靠的协议，可是它的速度比较高，由于它不须要创建和维持链接（就像一我的向另外一我的发短信，一条短信发出去，对方不必定能收到）。

在实际开发中，数据报套接字（即UDP）的应用场景极少，本章节只介绍流套接字。

3、socket通讯的过程

1）服务端程序将一个套接字绑定到指定的ip地址和端口，并经过此套接字等待和监听客户的链接请求。

2）客户程序向服务端程序绑定的地址和端口发出链接请求。

3）服务端接受链接请求。

4）客户端和服务端经过读写套接字进行通讯。

4、客户/服务端模式

在TCP/IP网络应用中，两个程序之间通讯模式是客户/服务端模式（client/server），客户/服务端也叫做客户/服务器，各人习惯。

服务端的工做流程

1）建立服务端的socket。

2）把服务端用于通讯的地址和端口绑定到socket上。

3）把socket设置为监听模式。

4）接受客户端的链接。

5）与客户端通讯，接收客户端发过来的报文后，回复处理结果。

6）不断的重复第5）步，直到客户端断开链接。

7）关闭socket，释放资源。

服务端示例（book242.cpp）

/*
 * 程序名：book242.cpp，此程序用于演示socket通讯的服务端
 * 做者：C语言技术网(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include "_public.h"

int main()
{
  // 第1步：建立服务端的socket。
  int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  

  // 第2步：把服务端用于通讯的地址和端口绑定到socket上。
  struct sockaddr_in servaddr;    // 服务端地址信息的数据结构。
  memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;  // 协议族，在socket编程中只能是AF_INET。
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);          // 任意ip地址。
  //servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("118.89.50.198"); // 指定ip地址。
  servaddr.sin_port = htons(5051);  // 指定通讯端口。
  if (bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0 )
  { perror("bind"); close(listenfd); return -1; }

  // 第3步：把socket设置为监听模式。
  if (listen(listenfd,5) != 0 ) { perror("listen"); close(listenfd); return -1; }

  // 第4步：接受客户端的链接。
  int  clientfd;                  // 客户端的socket。
  int  socklen=sizeof(struct sockaddr_in); // struct sockaddr_in的大小
  struct sockaddr_in clientaddr;  // 客户端的地址信息。
  clientfd=accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,(socklen_t*)&socklen);
  printf("客户端（%s）已链接。\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr));

  // 第5步：与客户端通讯，接收客户端发过来的报文后，回复ok。
  char buffer[1024];
  while (1)
  {
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    if (recv(clientfd,buffer,sizeof(buffer),0)<=0) break;   // 接收客户端的请求报文。
    printf("接收：%s\n",buffer);

    strcpy(buffer,"ok");
    if (send(clientfd,buffer,strlen(buffer),0)<=0) break;   // 向客户端发送响应结果。
    printf("发送：%s\n",buffer);
  }

  // 第6步：关闭socket，释放资源。
  close(listenfd); close(clientfd);  
}

二、客户端的工做流程

1）建立客户端的socket。

2）向服务器发起链接请求。

3）与服务端通讯，发送一个报文后等待回复，而后再发下一个报文。

4）不断的重复第3）步，直到所有的数据被发送完。

5）第4步：关闭socket，释放资源。

客户端示例（book241.cpp）

/*
 * 程序名：book241.cpp，此程序用于演示socket的客户端
 * 做者：C语言技术网(www.freecplus.net) 日期：20190525
*/
#include "_public.h"

int main()
{
  // 第1步：建立客户端的socket。
  int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 

  // 第2步：向服务器发起链接请求。
  struct hostent* h; 
  if ( (h = gethostbyname("118.89.50.198")) == 0 )   // 指定服务端的ip地址。
  { perror("gethostbyname"); close(sockfd); return -1; }
  struct sockaddr_in servaddr;
  memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_port = htons(5051); // 指定服务端的通讯端口。
  memcpy(&servaddr.sin_addr,h->h_addr,h->h_length);
  if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0)  // 向服务端发起链接清求。
  { perror("connect"); close(sockfd); return -1; }

  char buffer[1024];
  
  // 第3步：与服务端通讯，发送一个报文后等待回复，而后再发下一个报文。
  for (int ii=0;ii<3;ii++)
  {
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    sprintf(buffer,"这是第%d个超级女生，编号%03d。",ii+1,ii+1);
    if (send(sockfd,buffer,strlen(buffer),0)<=0) break;    // 向服务端发送请求报文。
    printf("发送：%s\n",buffer);
    
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    if (recv(sockfd,buffer,sizeof(buffer),0)<=0) break;    // 接收服务端返回的结果。
    printf("接收：%s\n",buffer);
  }

  // 第4步：关闭socket，释放资源。
  close(sockfd);
}

在运行程序以前，必须保证服务器的防火墙已经开通了网络访问策略，若是您不明这句话的意思，说明您的Linux基础知识不够，请先学习Linux基础知识以后再来学习socket通讯。

先启动服务端程序book242，服务端启动后，进入等待客户端链接状态，而后启动客户端。

客户端的输出以下：

服务端的输出以下：

5、注意事项

一、别去纠缠细节

在socket通讯的客户端和服务器的程序里，出现了多种数据结构，调用了多个函数，涉及到不少方面的知识，对初学者来讲，更重要的是了解socket通讯的过程、每段代码的用途和函数调用的功能，不要去纠缠这些结构体和函数的参数，这些函数和参数虽然比较多，但能够修改的很是少，别抄错就能够了，须要注意的地方我会提出。

二、服务端程序绑定地址

若是服务器有多个网卡，多个IP地址，socket通讯能够指定用其中一个地址来进行通讯，也能够任意ip地址。

1）指定ip地址的代码

m_servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.149.129"); // 指定ip地址

2）任意ip地址的代码

m_servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);  // 本主机的任意ip地址

在实际开发中，采用任意ip地址的方式比较多。

三、服务端程序绑定的通讯端口

m_servaddr.sin_port = htons(5000);  // 通讯端口

四、客户端程序指定服务端的ip地址

struct hostent* h; // ip地址信息的数据结构
if ( (h = gethostbyname("192.168.149.129")) == 0 )
{ perror("gethostbyname"); close(sockfd); return -1; }

五、客户端程序指定服务端的通讯端口

servaddr.sin_port = htons(5000);

六、send函数

send函数用于把数据经过socket发送给对端。不管是客户端仍是服务端，应用程序都用send函数来向TCP链接的另外一端发送数据。

函数声明：

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

sockfd为已创建好链接的socket。

buf为须要发送的数据的内存地址，能够是C语言基本数据类型变量的地址，也能够数组、结构体、字符串，内存中有什么就发送什么。

len须要发送的数据的长度，为buf中有效数据的长度。

flags填0, 其余数值意义不大。

函数返回已发送的字符数。出错时返回-1，错误信息errno被标记。

注意，就算是网络断开，或socket已被对端关闭，send函数不会当即报错，要过几秒才会报错。

若是send函数返回的错误（<=0），表示通讯链路已不可用。

七、recv函数

recv函数用于接收对端socket发送过来的数据。

recv函数用于接收对端经过socket发送过来的数据。不管是客户端仍是服务端，应用程序都用recv函数接收来自TCP链接的另外一端发送过来数据。

函数声明：

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

sockfd为已创建好链接的socket。

buf为用于接收数据的内存地址，能够是C语言基本数据类型变量的地址，也能够数组、结构体、字符串，只要是一块内存就好了。

len须要接收数据的长度，不能超过buf的大小，不然内存溢出。

flags填0, 其余数值意义不大。

若是socket的对端没有发送数据，recv函数就会等待，若是对端发送了数据，函数返回接收到的字符数。出错时返回-1，错误信息errno被标记。若是socket被对端关闭，返回值为0。

若是recv函数返回的错误（<=0），表示通讯通道已不可用。

八、服务端有两个socket

对服务端来讲，有两个socket，一个是用于监听的socket，还有一个就是客户端链接成功后，由accept函数建立的用于与客户端收发报文的socket。

九、程序退出时先关闭socket

socket是系统资源，操做系统打开的socket数量是有限的，在程序退出以前必须关闭已打开的socket，就像关闭文件指针同样，就像delete已分配的内存同样，极其重要。

值得注意的是，关闭socket的代码不能只在main函数的最后，那是程序运行的理想状态，还应该在main函数的每一个return以前关闭。

6、相关的库函数

一、socket函数

socket函数用于建立一个新的socket，也就是向系统申请一个socket资源。socket函数用户客户端和服务端。

函数声明：

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

参数说明：

domain：协议域，又称协议族（family）。经常使用的协议族有AF_INET、AF_INET六、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通讯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做为地址。

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。流式socket（SOCK_STREAM）是一种面向链接的socket，针对于面向链接的TCP服务应用。数据报式socket（SOCK_DGRAM）是一种无链接的socket，对应于无链接的UDP服务应用。

protocol：指定协议。经常使用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

说了一大堆废话，第一个参数只能填AF_INET，第二个参数只能填SOCK_STREAM，第三个参数只能填0。

除非系统资料耗尽，socket函数通常不会返回失败。

二、gethostbyname函数

把ip地址或域名转换为hostent 结构体表达的地址。

函数声明：

struct hostent *gethostbyname(const char *name);

参数name，域名或者主机名，例如"192.168.1.3"、"www.freecplus.net"等。

返回值：若是成功，返回一个hostent结构指针，失败返回NULL。

gethostbyname只用于客户端。

gethostbyname只是把字符串的ip地址转换为结构体的ip地址，只要地址格式没错，通常不会返回错误。函数失败不会设置errno的值。

三、connect函数

向服务器发起链接请求。

函数声明：

int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr, int addrlen);

函数说明：connect函数用于将参数sockfd 的socket 连至参数serv_addr
指定的服务端，参数addrlen为sockaddr的结构长度。

返回值：成功则返回0, 失败返回-1, 错误缘由存于errno 中。

connect函数只用于客户端。

若是服务端的地址错了，或端口错了，或服务端没有启动，connect必定会失败。

四、bind函数

服务端把用于通讯的地址和端口绑定到socket上。

函数声明：

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

参数sockfd，须要绑定的socket。

参数addr，存放了服务端用于通讯的地址和端口。

参数addrlen表示addr结构体的大小。

若是绑定的地址错误，或端口已被占用，bind函数必定会报错，不然通常不会返回错误。

五、listen函数

listen函数把主动链接套接字变为被动链接的套接字，使得这个socket能够接受其它socket的链接请求，从而成为一个服务端的socket。

函数声明：

int listen(int sockfd, int backlog);

返回：0-成功， -1-失败

参数sockfd是已经被bind过的套接字。socket函数返回的套接字是一个主动链接的套接字，在服务端的编程中，程序员但愿这个套接字能够接受外来的链接请求，也就是被动等待客户端来链接。因为系统默认时认为一个套接字是主动链接的，因此须要经过某种方式来告诉系统，程序员经过调用listen函数来完成这件事。

参数backlog，这个参数涉及到一些网络的细节，比较麻烦，填五、10都行，通常不超过30。

当调用listen以后，服务端的套接字就能够调用accept来接受客户端的链接请求。

listen函数通常不会返回错误。

六、accept函数

服务端接受客户端的链接。

函数声明：

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

参数sockfd是已经被listen过的套接字。

参数addr用于存放客户端的地址信息，用sockaddr结构体表达，若是不须要客户端的地址，能够填0。

参数addrlen用于存放addr参数的长度，若是addr为0，addrlen也填0。

accept函数等待客户端的链接，若是没有客户端连上来，它就一直等待，这种方式称之为阻塞。

accept等待到客户端的链接后，建立一个新的套接字，函数返回值就是这个新的套接字，服务端使用这个新的套接字和客户端进行报文的收发。

accept在等待的过程当中，若是被中断或其它的缘由，函数返回-1，表示失败，若是失败，能够从新accept。

七、函数小结

服务端函数调用的流程是：socket->bind->listen->accept->recv/send->close

客户端函数调用的流程是：socket->connect->send/recv->close

其中send/recv能够进行屡次交互。

7、课后做业

1）把book241.cpp和book242.cpp抄下来，编译运行，试试修改参数再运行。

2）book241.cpp和book242.cpp程序中，有些代码不能动，有些代码能够动，把能动的都动一下，就算是抄代码，也要抄个明白。

3）服务端的accept函数会阻塞，阻塞是专业名词，即等待，能够用代码测试一下。

4）不论是服务端仍是客户端recv函数也会阻塞，能够用代码测试一下。

5）修改book241.cpp和book242.cpp，实现点对点的聊天功能，用户在客户端输入一个字符串，而后发送给服务端，服务端收到客户端的报文后，也提示用户输入一个字符串，返回给客户端，若是服务端收到客户端的报文是“bye”通讯结束。

6）若是以上做业都能完成，建议再把本文章的内容再看一次，对文章开始部分的理论知识将有新的理解。

8、版权声明

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来源：C语言技术网（www.freecplus.net）
做者：码农有道

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