socket编程

Posted 2020-08-10 空幻无灵

　对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧？随着网络技术的发展，这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问：

　　1. 什么是TCP/IP、UDP？

　　2. Socket在哪里呢？

　　3. Socket是什么呢？

　　4. 你会使用它们吗？

　　什么是TCP/IP、UDP？

　　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。

　　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。

　　这里有一张图，表明了这些协议的关系。    

图1

　　TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。

　　Socket在哪里呢？

　　在图1中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。

图2

　　原来Socket在这里。

　　Socket是什么呢？

　　Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面（Facade）模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

　　你会使用它们吗？

　　前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。

　　一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。    生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。

  

图3

　　先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

　　在这里我就举个简单的例子，我们走的是TCP协议这条路（见图2）。例子用MFC编写，运行的界面如下：

图4

图5

　　在客户端输入服务器端的IP地址和发送的数据，然后按发送按钮，服务器端接收到数据，然后回应客户端。客户端读取回应的数据，显示在界面上。

　　下面是接收数据和发送数据的函数：

int Receive(SOCKET fd, char *szText, int len)
{
    int cnt;
    int rc;
    cnt = len;

    while(cnt>0)
    {
        rc= recv(fd, szText, cnt, 0);

        if(rc == SOCKET_ERROR)
        {
            return -1;
        }

        if(rc == 0)
        {
            return len-cnt;
        }

        szText += rc;
        cnt -= rc;
    }

    return len;

}

int Send(SOCKET fd, char *szText, int len)
{

    int cnt;
    int rc;
    cnt = len;

    while(cnt > 0)
    {
        rc = send(fd, szText, cnt, 0);

        if(rc == SOCKET_ERROR)
        {
            return -1;
        }

        if(rc == 0)
        {
            return len-cnt;
        }

        szText += rc;
        cnt -= rc;
    }

    return len;
}

　　服务器端：

　　在服务器端，主要是启动Socket和监听线程。

#define DEFAULT_PORT 2000

void CServerDlg::OnStart()
{
    sockaddr_in local;
    DWORDdwThreadID = 0;
    local.sin_family = AF_INET;

    //设置的端口为DEFAULT_PORT。
    local.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);

    //IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。
    local.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;

    //初始化Socket
    m_Listening = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

    if(m_Listening == INVALID_SOCKET)
    {
        return ;
    }

    //将本地地址绑定到所创建的套接字上
    if(bind(m_Listening, (LPSOCKADDR) & local, sizeof(local)) == SOCKET_ERROR )
    {
        closesocket(m_Listening);
        return ;
    }

    //创建监听线程，这样也能响应界面上操作。
    m_hListenThread = ::CreateThread(NULL, 0, ListenThread, this, 0, &dwThreadID);

    m_StartBtn.EnableWindow(FALSE);

    m_StopBtn.EnableWindow(TRUE);

}

//监听线程函数：
DWORD WINAPI CServerDlg::ListenThread(LPVOID lpparam)
{
    CServerDlg* pDlg = (CServerDlg*)lpparam;

    if(pDlg == NULL) return 0;

    SOCKET  Listening = pDlg->m_Listening;

    //开始监听是否有客户端连接。
    if(listen(Listening,40) == SOCKET_ERROR)
    {
        return 0;
    }

    char szBuf[MAX_PATH];

    //初始化
    memset(szBuf,0,MAX_PATH);

    while(1)
    {

        SOCKET ConnectSocket;
        sockaddr_in ClientAddr;

        int nLen = sizeof(sockaddr);

        //阻塞直到有客户端连接，不然多浪费CPU资源。
        ConnectSocket = accept(Listening,(sockaddr*)&ClientAddr,&nLen);

        //得到客户端的IP地址。
        char *pAddrname = inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr);

        pDlg->Receive(ConnectSocket,szBuf,100);

        //界面上显示请求数据。
        pDlg->SetRequestText(szBuf);

        strcat(szBuf, " :我是老猫，收到（");

        strcat(szBuf, pAddrname);

        strcat(szBuf, "）");

        //向客户端发送回应数据
        pDlg->Send(ConnectSocket,szBuf,100);
    }
    return 0;
}

       服务器端一直在监听是否有客户端连接，如有连接，处理客户端的请求，给出回应，然后继续监听。

　　客户端：

　　客户端的发送函数：

#define DEFAULT_PORT 2000

void CClientDlg::OnSend()
{

       DWORDdwIP = 0;      

       TCHAR szText[MAX_PATH];

       memset(szText, 0, MAX_PATH);

       m_IP.GetWindowText(szText, MAX_PATH);

       //把字符串形式的IP地址转成IN_ADDR结构需要的形式。
       dwIP = inet_addr(szText);

       m_RequestEdit.GetWindowText(szText, MAX_PATH); 

       sockaddr_in local;

       SOCKET socketTmp;

       //必须是AF_INET,表示该socket在Internet域中进行通信
       local.sin_family = AF_INET;

       //端口号
       local.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);

       //服务器的IP地址。
       local.sin_addr.S_un.S_addr = dwIP;      

       ////初始化Socket
       socketTmp = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

       //连接服务器

       if(connect(socketTmp, (LPSOCKADDR) & local, sizeof(local)) < 0)
       {
              closesocket(socketTmp);
              MessageBox("连接服务器失败。");
              return ;
       }

       //发送请求，为简单只发100字节，在服务器端也规定100字节。
       Send(socketTmp, szText, 100);

       //读取服务器端返回的数据。
       memset(szText,0,MAX_PATH);

       //接收服务器端的回应。
       Receive(socketTmp, szText, 100); 

       TCHAR szMessage[MAX_PATH];

       memset(szMessage, 0, MAX_PATH);

       strcat(szMessage, szText);

       //界面上显示回应数据。
       m_ReplyBtn.SetWindowText(szMessage);

       closesocket(socketTmp);
}

       客户端就一个函数完成了一次通信。在这里IP地址为何用127.0.0.1呢？使用这个IP地址，服务器端和客户端就能运行在同一台机器上，这样调试方便多了。当然你可以在你朋友的机器上运行Server程序(本人在局域网中测试过)，在自己的机器上运行Client程序，当然输入的IP地址就该是你朋友机器的IP地址了。

       简单的理论和实践都说了，现在Socket编程不神秘了吧？希望对你有些帮助。