用c++完成一个hello/hi的简单的网络聊天程序

Posted 2021-03-23 fgtao

1.什么是Socket

  套接字（socket）是一个抽象层，应用程序可以通过它发送或接收数据，可对其进行像对文件一样的打开、读写和关闭等操作。套接字允许应用程序将I/O插入到网络中，并与网络中的其他应用程序进行通信。网络套接字是IP地址与端口的组合。

  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。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）。程序必须绑定一个端口才可以从网络上收发数据，这样，远程发到这个端口上的数据，就全会转给这个程序。

2.分类

为了满足不同的通信程序对通信质量和性能的要求，一般的网络系统提供了三种不同类型的套接字。

（1）流式套接字。它提供了一种可靠的、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。它提供了一种无连接、不可靠的双向数据传输服务。数据包以独立的形式被发送，并且保留了记录边界，不提供可靠性保证。

（3）原始套接字。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。

3.用到的API

server用到的API有socket，bind，listen，accept，read，write，close   (read和write可以用send和recv替换)

client用到的API有socket，connect，read，write，close    (read和write可以用send和recv替换)

通信流程如下：

1)服务端创建socket

2)绑定socket和端口号

3)监听该端口号

4)启动accept()用来接收来自客户端的连接请求，此时如果有连接则继续执行，否则将阻塞在这里。

5)客户端创建socket

6)客户端通过IP地址和端口号连接服务端，即tcp中的三次握手

7)连接成功，客户端可以向服务端发送数据

8)服务端读取客户端发来的数据

9)任何一端均可主动断开连接

4.Socket编程

服务器端：

#include <stdio.h>  
#include <iostream>
#include <winsock2.h>  
#include <WS2tcpip.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  
  
int main(int argc, char* argv[])  
{  
    //初始化WSA  
    WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);  
    WSADATA wsaData;  
    if(WSAStartup(sockVersion, &wsaData)!=0)  
    {  
        return 0;  
    }  
  
    //创建套接字  
    SOCKET slisten = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  
    if(slisten == INVALID_SOCKET)  
    {  
        printf("socket error !");  
        return 0;  
    }  
  
    //绑定IP和端口  
    sockaddr_in sin;  
    sin.sin_family = AF_INET;  
    sin.sin_port = htons(8888);  
    sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;   
    if(bind(slisten, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)  
    {  
        printf("bind error !");  
    }  
  
    //开始监听  
    if(listen(slisten, 5) == SOCKET_ERROR)  
    {  
        printf("listen error !");  
        return 0;  
    }  
  
    //循环接收数据  
    SOCKET sClient;  
    sockaddr_in remoteAddr;  
    int nAddrlen = sizeof(remoteAddr);  
    char revData[255];   
    while (true)  
    {  
        printf("等待连接...\n");  
        sClient = accept(slisten, (SOCKADDR *)&remoteAddr, &nAddrlen);  
        if(sClient == INVALID_SOCKET)  
        {  
            printf("accept error !");  
            continue;  
        }  
        printf("接受到一个连接：%s \r\n", inet_ntop(AF_INET, (void*)&remoteAddr.sin_addr, revData, 16));
       // printf("接受到一个连接：%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));  //inet_ntoa老函数在新版本VS+64位计算机上使用会报错
          
        //接收数据  
        int ret = recv(sClient, revData, 255, 0);         
        if(ret > 0)  
        {  
            revData[ret] = 0x00;  
            printf(revData);  
        }  
  
        //发送数据  
        const char * sendData = "你好，TCP客户端！\n";  
        send(sClient, sendData, strlen(sendData), 0);  
        closesocket(sClient);  
    }  
      
    closesocket(slisten);  
    WSACleanup();  
    return 0;  
} 

客户端：

#include<WINSOCK2.H>
#include<STDIO.H>
#include<iostream>
#include<cstring>
#include <WS2tcpip.h>
using namespace std;
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#pragma warning(disable:4996)
int main()
{
    WORD sockVersion = MAKEWORD(2, 2);
    WSADATA data;
    if(WSAStartup(sockVersion, &data)!=0)
    {
        return 0;
    }
    while(true){
        SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
        if(sclient == INVALID_SOCKET)
        {
            printf("invalid socket!");
            return 0;
        }
        
        sockaddr_in serAddr;
        serAddr.sin_family = AF_INET;
        serAddr.sin_port = htons(8888);
        //serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serAddr);
        serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
        if(connect(sclient, (sockaddr *)&serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR)
        {  //连接失败 
            printf("connect error !");
            closesocket(sclient);
            return 0;
        }
        
        string data;
        cin>>data;
        const char * sendData;
        sendData = data.c_str();   //string转const char* 
        //char * sendData = "你好，TCP服务端，我是客户端\n";
        send(sclient, sendData, strlen(sendData), 0);
        //send()用来将数据由指定的socket传给对方主机
        //int send(int s, const void * msg, int len, unsigned int flags)
        //s为已建立好连接的socket，msg指向数据内容，len则为数据长度，参数flags一般设0
        //成功则返回实际传送出去的字符数，失败返回-1，错误原因存于error 
        
        char recData[255];
        int ret = recv(sclient, recData, 255, 0);
        if(ret>0){
            recData[ret] = 0x00;
            printf(recData);
        } 
        closesocket(sclient);
    }
    
    
    WSACleanup();
    return 0;
    
}

1)socket()函数

Linux中函数形式为：

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

domain即协议域，又称为协议族（family）。对TCP/IP协议族而言，该参数应该设置为PF_INET或PF_INET6，分别对应IPv4和IPv6.

type用来指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM

protocol指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP

C++中：

SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol);

2)bind()函数

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

bind将my_addr所指的socket地址分配给未命名的socketfd文件描述符，addrlen参数指出该socket地址的长度。bind成功时返回0，失败则返回-1并设置errno，常见为EACCES和EASSRINUSE，前者代表被绑定的地址是受保护的地址，仅超级用户能够访问，后者表示被绑定的地址正在使用中。

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 */
};

在c++下，函数形式为

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

3）listen()、connect()函数

 int listen(int sockfd, int backlog);

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

对于服务器来说，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。

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队列中允许的连接数目。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，客户端通过三次握手来建立与TCP服务器的连接。

在c++下，函数形式为

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

listen()中，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。如果没有错误发生，listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

connect()中，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。

4)accept()函数

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

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()之后就向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()函数接收请求，这样连接就建立好了，之后就可以开始I/O操作了。

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，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是一个全新的描述字，返回客户的TCP连接。

在c++中，函数形式为

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accept()调用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INVALID_SOCKET。

5)send()、recv()函数

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags);

在c++下，函数形式为

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

6）close()函数

int close(int fd);

当完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，此时用close()函数。

在c++下,函数形式为

int PASCAL FAR closesocket ( IN SOCKET s);