TCP之套接字socket编程

Posted 2020-07-12

一、socket套接字

  “IP地址 + 端口号 ”就称为socket。在TCP协议里，建立连接的两个进程各自有一个socket标识，这两个socket pair就唯一标识一个连接，描述网络连接的一对一关系。

    Linux的基本哲学就是“一切皆文件”，其实socket就是一种特殊的文件，是“open—write/read—close”模式的一种实现。

二、socket的基本操作

1.socket()函数

    socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符，它唯一标识一个socket，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

    当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

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

domain：即协议域（协议族）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位）与端口号（16位）的组合。

type：指定socket类型，这里使用SOCK_STREAM。

protocol：指定协议。当proyocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

2.bind()函数

    bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket，也就是将给描述字绑定一个名字。通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（ip地址+端口号），用于提供服务，客户端就可以通过它来接连服务器；但是客户端就不用指定，由系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

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

sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了唯一标识一个socket。

addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。

addrlen：地址的长度。

这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同。

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 */
};

    注意：网络字节序。机器中数据的存储方式有大端（高位存在低地址，低位存在高地址）和小端（高位存在高地址，低位存在低地址）之分，同理，对于网络中传输的数据流同样有大小端之分，因此TCP/IP协议规定：网络数据流应采用大端字节序，即低地址高字节。

3.listen()、connect()函数

    如果作为一个服务器，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（建立与TCP服务器的连接）。

    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。

int listen(int sockfd, int backlog);

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

listen()函数

sockfd：为要监听的socket描述字

backlog：为相应socket可以排队的最大连接个数

connect()函数

sockfd：为客户端的socket描述字

addr：为服务器的socket地址

addrlen：为socket地址的长度。

4.accept()函数

   服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。客户端依次调用socket()、connect()之后就向服务器发送了一个连接请求。服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。

    如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

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

sockfd：为服务器的socket描述字

addr：为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址

addrlen：为协议地址的长度。

    注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

三、编码实现

服务器端 server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>

#define _BACKLOG_ 5

static void usage(const char* proc)
{
	printf("Usage:%s [ip] [port]\n",proc);
}

int main(int argc,char* argv[])
{
	if(argc != 3)
	{
		usage(argv[0]);
		return 1;
	}
	int size;
	int len;
	char* client_ip;
	int client_port;

	char* ip = argv[1];
	int port =atoi(argv[2]);
	int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
	if(listenfd < 0)
	{
		perror("socket");
		return 2;
	}

	struct sockaddr_in local;
	local.sin_family = AF_INET;
	local.sin_port = htons(port);
	local.sin_addr.s_addr =inet_addr(ip);
	if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0)
	{
		perror("bind");
		return 3;
	}

	if(listen(listenfd, _BACKLOG_) < 0)
	{
		perror("listen");
		return 4;
	}

	printf("bind and listen success,wait accept...\n");
	
	while(1)
	{
		struct sockaddr_in client;	
		len = sizeof(client);
		client_ip = inet_ntoa(client.sin_addr);
		client_port = ntohs(client.sin_port);

		int socket = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&client, &len);
		if(socket < 0)
		{
			perror("accept");
			continue;
		}

		char buf[1024];
		while(1)
		{
			memset(buf, ‘\0‘, sizeof(buf));
			size = read(socket, buf, sizeof(buf)-1);

			if(size == 0)
			{
				printf("client closed...");
				return 6;
			}
			else if(size > 0)
			{
				printf("[client_ip:%s] [client port:%d]:# %s\n",client_ip,client_port,buf);
				continue;
			}
			else
			{
				perror("read");
				break;
			}
		}
	}
	return 0;
}

客户端 client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>

static void usage(char* proc)
{
	printf("%s [ip] [port]\n", proc);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	if(argc != 3)
	{
		usage(argv[0]);
		return 1;
	}

	char* ip = argv[1];
	int port = atoi(argv[2]);

	int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sock < 0)
	{
		perror("socket");
		return 2;
	}

	struct sockaddr_in server;
	server.sin_family = AF_INET;
	server.sin_port = htons(port);
	server.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);

	if(connect(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0)
	{
		perror("connect");
		return 3;
	}

	char buf[1024];
	while(1)
	{
		memset(buf, ‘\0‘, sizeof(buf));
		gets(buf);
		if(write(sock, buf, sizeof(buf)) < 0)
		{
			perror("write");
			continue;
		}
	}
	return 0;
}

结果：

本文出自 “GREEN” 博客，请务必保留此出处http://green906.blog.51cto.com/10697569/1783103