socket套接字詳解（TCP與UDP）
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- 2019-04-10 15:24:123512瀏覽
學習LInux，網路程式設計套接字是基礎，也是新手學習的困難點，透過這篇文章，讀者可以透過圖解、作者的程式碼實現思路全面理解IP位址、連接埠號碼、TCP、UDP概念、socket API用法、模擬客戶端/伺服器通訊等。
- #Mark：閱讀blog 程式碼實作耗時18分鐘<br>
文章重點：
IP位址、連接埠號碼…
#socket API
實作UDP客戶端/伺服器
- 套接字是網路程式設計中的一種通訊機制，是支援TCP/IP的網路通訊的基本操作單元，可以看做是不同主機之間的進程進行雙向通訊的端點，簡單的說就是通訊的兩方的一種約定，用套接字中的相關函數來完成通訊過程。
前面介紹過，本地的進程間通訊（IPC）有很多種方式，常見的總結以下幾點：
1、管道（包括无名管道和命名管道）； 2、消息队列； 3、信号量； 4、共享存储。 5、……（ Socket和Streams支持不同主机上的两个进程IPC）。
認識網路層通訊過程：
初識IP：
（IP就是：Internet協定IP）
在通訊時，IP有源IP和目的IP之分，
對比寄快遞：網路通訊相當於收發快遞，IP就是收件/寄件者地址，光知道地址還不行，還要知道派送人是誰？這就比較於網路中的連接埠號碼概念，連接埠號碼標識了一個進程，告訴作業系統，目前這個資料交給哪一個程式來解析。
連接埠號：
連接埠號碼（port）是傳輸層協定的內容。
連接埠號碼是一個2位元組16位元的整數；
連接埠號碼用來識別一個進程，告訴作業系統，目前這個資料交給哪一個程式解析；
IP位址連接埠號碼能標識網路上的某一主機的某一進程；
一個連接埠號碼只能被一個行程佔用。
連接埠號碼& 進程：
- 概念
進程有唯一的pid標識，連接埠號碼也能標識進程；
一個進程可以綁定多個連接埠號，一個連接埠號碼不能被多個進程綁定。
- 來源連接埠號碼& 目的連接埠號碼
#傳輸層協定（TCP/IP）的資料段中有兩個埠號，分別叫做來源埠號和目的埠號，就是在描述「資料是誰的？寄給誰？」
TCP：
（TCP）傳輸控制協議，面向連線。是一種提供可靠資料傳輸的通用協定。
傳輸層協定
有連接
#可靠地傳輸
#面向位元組流
UDP：
（UDP）使用者資料報協議，是一個面向無連線的協定。採用該協定不需要兩個應用程式先建立連線。 UDP協定不提供錯誤恢復，無法提供資料重傳，因此該協定傳輸資料安全性差。
傳輸層協定
無連線
不可靠地傳輸
#面向資料封包
網路位元組序列：
#如何定義網路資料流的位址？
- 其實很容易理解這個問題，就是C語言中比較講究的大小端問題。
- 傳送機依記憶體位址從低到高順序傳送；#############接收主機依記憶體位址從低到高順序儲存；## ##########TCP/IP規定：網路資料流應採用大端位元組序，即###地位址高位元組###;########### #不論主機是大端機還是小端機，都必須遵循TCP/IP規定；############如果發送機是小端，就先將資料轉成大端再發送。 ###
socket API：
//创建socket文件描述符 (TCP/UDP,客户端+服务器) int socket(int domain, int type, int protocol);
参数1(domain): 选择创建的套接字所用的协议族； <br> AF_INET ： IPv4协议； <br> AF_INET6： IPv6协议； <br> AF_LOCAL: Unix域协议； <br> AF_ROUTE：路由套接口； <br> AF_KEY ：密钥套接口。 <br>参数2(type)：指定套接口类型，所选类型有： <br> SOCK_STREAM：字节流套接字； <br> SOCK_DGRAM : 数据报套接字; <br> SOCK_RAW : 原始套接口。 <br> procotol: 使用的特定协议，一般使用默认协议（NULL）。
//绑定端口号 （TCP/IP，服务器） int bind(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len);
参数1(socket) : 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。 <br>参数2(address)：指向特定协议的地址指针。 <br>参数3(address_len)：上面地址结构的长度。 <br>返回值：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR。
//开始监听socket (TCP,服务器） int listen(int socket, int backlog);
参数1(sockfd)：是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。 <br>参数2(backlog)：所监听的端口队列大小。
//接受请求 （TCP，服务器） int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);
参数1(socket) : 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。 <br>参数2(address)：指向特定协议的地址指针。 <br>参数3(addrlen)：上面地址结构的长度。 <br>返回值：没有错误，bind()返回0，否则SOCKET_ERROR。
//建立连接 （TCP，客户端） int connect(int sockfd, const struct struct sockaddr *addr, aocklen_t addrlen);
//关闭套接字 int close(int fd);
参数(fd)：是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号）。
socket API是一层抽象的网络编程接口，适用于各种底层网络协议，如IPv4，IPv6，……
简单的TCP网络程序：
- TCP客户—服务器程序的执行流程图：
服务器代码：
#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
using namespace std;
#define SERVER_PORT 5050 //端口号
#define SERVER_IP "192.168.3.254" //服务器ip
#define QUEUE_SIZE 5 //所监听端口队列大小
int main(int argc, char *argv[])
{
//创建一个套接字，并检测是否创建成功
int sockSer;
sockSer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockSer == -1){
perror("socket");
}
//设置端口可以重用，可以多个客户端连接同一个端口，并检测是否设置成功
int yes = 1;
if(setsockopt(sockSer, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes, sizeof(int)) == -1){
perror("setsockopt");
}
struct sockaddr_in addrSer,addrCli; //创建一个记录地址信息的结构体
addrSer.sin_family = AF_INET; //所使用AF_INET协议族
addrSer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //设置地址结构体中的端口号
addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); //设置其中的服务器ip
//将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。并检测是否绑定成功
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
int res = bind(sockSer,(struct sockaddr*)&addrSer, addrlen);
if(res == -1)
perror("bind");
listen(sockSer, QUEUE_SIZE); //监听端口队列是否由连接请求，如果有就将该端口设置位可连接状态，等待服务器接收连接
printf("Server Wait Client Accept......\n");
//如果监听到有连接请求接受连接请求。并检测是否连接成功，成功返回0，否则返回-1
int sockConn = accept(sockSer, (struct sockaddr*)&addrCli, &addrlen);
if(sockConn == -1)
perror("accept");
else
{
printf("Server Accept Client OK.\n");
printf("Client IP:> %s\n", inet_ntoa(addrCli.sin_addr));
printf("Client Port:> %d\n",ntohs(addrCli.sin_port));
}
char sendbuf[256]; //申请一个发送缓存区
char recvbuf[256]; //申请一个接收缓存区
while(1)
{
printf("Ser:>");
scanf("%s",sendbuf);
if(strncmp(sendbuf,"quit",4) == 0) //如果所要发送的数据为"quit"，则直接退出。
break;
send(sockConn, sendbuf, strlen(sendbuf)+1, 0); //发送数据
recv(sockConn, recvbuf, 256, 0); //接收客户端发送的数据
printf("Cli:> %s\n",recvbuf);
}
close(sockSer); //关闭套接字
return 0;
}客户端代码：
#include<iostream>
#include<unistd.h>
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
using namespace std;
#define SERVER_PORT 5050
#define SERVER_IP "192.168.3.254"
int main(int argc, char *argv[])
{
//创建客户端套接字号，并检测是否创建成功
int sockCli;
sockCli = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockCli == -1)
perror("socket");
//创建一个地址信息结构体，并对其内容进行设置
struct sockaddr_in addrSer;
addrSer.sin_family = AF_INET; //使用AF_INET协议族
addrSer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //设置端口号
addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); //设置服务器ip
bind(sockCli,(struct sockaddr*)&addrCli, sizeof(struct sockaddr)); //将套接字地址与所创建的套接字号联系起来
//创建一个与服务器的连接，并检测连接是否成功
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
int res = connect(sockCli,(struct sockaddr*)&addrSer, addrlen);
if(res == -1)
perror("connect");
else
printf("Client Connect Server OK.\n");
char sendbuf[256]; //申请一个发送数据缓存区
char recvbuf[256]; //申请一个接收数据缓存区
while(1)
{
recv(sockCli, recvbuf, 256, 0); //接收来自服务器的数据
printf("Ser:> %s\n",recvbuf);
printf("Cli:>");
scanf("%s",sendbuf);
if(strncmp(sendbuf,"quit", 4) == 0) //如果客户端发送的数据为"quit"，则退出。
break;
send(sockCli, sendbuf, strlen(sendbuf)+1, 0); //发送数据
}
close(sockCli); //关闭套接字
return 0;
}简单的UDP网络程序：
- 相对与TCP来说，UDP安全性差，面向无链接。所以UDP地实现少了连接与接收连接的操作。所以在收发数据时就不能再用send()和recvfrom()了，而是用sendto()和recvto()之名从哪收发数据。
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
参数1(sockfd)：是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号） <br>参数2(buf)：指向存有发送数据的缓冲区的指针 <br>参数3(len)：缓冲区长度。 <br> **参数4(flags)：**flags的值或为0，或为其他
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
参数1(sockfd)：是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符（套接字号） <br>参数2(buf)：指向存有接收数据的缓冲区的指针 <br>参数3(len)：缓冲区长度 <br> **参数4(flags)：**flags的值或为0，或为其他
服务器端代码：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
int main()
{
//创建一个套接字，并检测是否创建成功
int sockSer = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sockSer == -1)
perror("socket");
struct sockaddr_in addrSer; //创建一个记录地址信息的结构体
addrSer.sin_family = AF_INET; //使用AF_INET协议族
addrSer.sin_port = htons(5050); //设置地址结构体中的端口号
addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.169"); //设置通信ip
//将套接字地址与所创建的套接字号联系起来，并检测是否绑定成功
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
int res = bind(sockSer,(struct sockaddr*)&addrSer, addrlen);
if(res == -1)
perror("bind");
char sendbuf[256]; //申请一个发送数据缓存区
char recvbuf[256]; //申请一个接收数据缓存区
struct sockaddr_in addrCli;
while(1)
{
recvfrom(sockSer,recvbuf,256,0,(struct sockaddr*)&addrCli, &addrlen); //从指定地址接收客户端数据
printf("Cli:>%s\n",recvbuf);
printf("Ser:>");
scanf("%s",sendbuf);
sendto(sockSer,sendbuf,strlen(sendbuf)+1,0,(struct sockaddr*)&addrCli, addrlen); //向客户端发送数据
}
return 0;
}客户端代码：
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<sys/socket.h>
int main()
{
//创建一个套接字，并检测是否创建成功
int sockCli = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
if(sockCli == -1){
perror("socket");
}
addrSer.sin_family = AF_INET; //使用AF_INET协议族
addrSer.sin_port = htons(5050); //设置地址结构体中的端口号
addrSer.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.3.169"); //设置通信ip
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr);
char sendbuf[256]; //申请一个发送数据缓存区
char recvbuf[256]; //申请一个接收数据缓存区
while(1){
//向客户端发送数据
printf("Cli:>");
scanf("%s",sendbuf);
sendto(sockCli, sendbuf, strlen(sendbuf)+1, 0, (struct sockaddr*)&addrSer, addrlen);
接收来自客户端的数据
recvfrom(sockCli, recvbuf, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr*)&addrSer, &addrlen);
printf("Ser:>%s\n", recvbuf);
}
return 0;
}
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