socket通信基础知识

古城微笑少年丶 2021-11-11 15:56 425阅读 0赞

# socket的概念 #

socket用于网络中一台计算机中的程序与其他计算机的程序之间需要交换数据。

socket也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链路的描述符。应用程序通常通过“套接字”向对端发出请求或者应答网络请求。

socket是连接运行在网络上的两个程序之间的通信端点。通信的两端都有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，对程序员来说，只要用好socket相关的函数，就可以完成数据通信。

# 套接字（socket） #

TCP提供了流（stream）和数据报（datagram）两种通信机制，所以套接字也分为流套接字和数据报套接字，本章节讲流套接字，在实际开发中，数据报套接字的应用场景很少。

流套接字的类型是SOCK\_STREAM，采用TCP/IP协议实现。它提供的是一个有序、可靠、双向字节流的连接，因此发送的数据可以确保不会丢失、重复或乱序到达，而且它还有出错后重新发送的机制。类似于打电话。

数据报套接的类型是SOCK\_DGRAM，它不需要建立和维持一个连接，采用UDP/IP协议实现。它对可以发送的数据的长度有限制，数据报作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，但是它的速度比较高，因为它并不需要总是要建立和维持一个连接。类似于短信。

# socket通信的过程 #

1）服务端程序将一个套接字绑定到一个指定的地址和端口，并通过此套接字等待和监听客户的连接请求。

2）客户程序向服务端程序绑定服务端的地址和端口发出连接请求。

3）服务端接受连接请求。并获得一个新的套接字。

4）服务端通过读、写新的套接字与客户端进行通信。

![20190806083648435.png][]

# 客户/服务端模式 #

在TCP/IP网络应用中，两个程序之间通信模式是客户/服务端模式（client/server），即客户端向服务端发出请求，服务端接受到请求后，提供相应的服务。

客户/服务端也叫作客户/服务器，各人习惯。

## 1、服务端 ##

1）服务端要先启动，准备好一个通信通道，表示可以在某地址和端口上可以接收客户连接。

2）等待客户端的连接请求。

3）等待并接收客户端发过来的数据，处理该客户的数据，处理完成后，向客户端返回处理结果。

4）不断的重复第3）步，直到客户端断开连接。

5）关闭服务端

**示例（book242.cpp）**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1Y3oxMjIxNDA3Mjk_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

## 2、客户端 ##

1）打开一个通信通道，连接到服务端已准备好的端口。

2）向服务端发送数据，等待并接收服务端处理结果。

3）不断的重复第2）步，直到全部的数据被处理完。

4）关闭与服务器的连接。

**示例（book241.cpp）**

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1Y3oxMjIxNDA3Mjk_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

先启动服务端程序book242，服务端启动后，进入等待客户端连接状态，然后启动客户端。

服务端的输出如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1Y3oxMjIxNDA3Mjk_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

客户端的输出如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3d1Y3oxMjIxNDA3Mjk_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

# 注意事项 #

## 1、别去纠缠细节 ##

在socket通信的客户端和服务器，出现了多种数据结构，调用了多个函数，涉及到很多方面的知识，对初学者来说，更重要的是了解socket通信的过程、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，这些函数的参数虽然很多，但可以调整的非常少，别抄错就可以了。需要程序员注意的地方我会列出。

## 2、服务端程序绑定的地址 ##

一般情况下，服务器有多个网卡，多个IP地址，socket通信可以指定用哪个地址来进行通信，对程序员来说有两种选择：1）任意ip地址；2）指定ip地址。

1）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

2）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

在实际开发中，采用任意ip地址的做法比较多。

## 3、服务端程序绑定的通信端口 ##

m\_servaddr.sin\_port = htons(**5000**);  // 通信端口

## 4、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; \}

## 5、客户端程序指定服务端的通信端口 ##

servaddr.sin\_port = htons(**5000**);

## 6、send函数 ##

send函数用于把数据通过socket发送给对端。不论是客户端还是服务端，应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。客户程序一般用send函数向服务器发送请求，而服务器则通常用send函数来向客户程序发送应答。

包含头文件：

\#include <sys/types.h>

\#include <sys/socket.h>

函数声明：

ssize\_t send(int sockfd, const void \*buf, size\_t len, int flags);

sockfd为已建立好连接的socket。

buf为需要发送的数据的内存地址，可以是C语言基本数据类型变量的地址，也可以数组、结构体、字符串，内存中有什么就发送什么。

len需要发送的数据的长度，为buf中有效数据的长度。

flags填0, 其他数值意义不大。

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函数不会立即报错，要过几秒才会报错。

如果send函数返回的错误（<=0），表示通信链路已不可用。

## 7、recv函数 ##

recv函数用于接收对端socket发送过来的数据。

recv函数用于接收对端通过socket发送过来的数据。不论是客户端还是服务端，应用程序都用recv函数接收来自TCP连接的另一端发送过来数据。

包含头文件：

\#include <sys/types.h>

\#include <sys/socket.h>

函数声明：

ssize\_t recv(int sockfd, void \*buf, size\_t len, int flags);

sockfd为已建立好连接的socket。

buf为用于接收数据的内存地址，可以是C语言基本数据类型变量的地址，也可以数组、结构体、字符串，只要是一块内存就行了。

len需要接收数据的长度，不能超过buf的大小，否则内存溢出。

flags填0, 其他数值意义不大。

如果socket的对端没有发送数据，recv函数就会等待，如果对端发送了数据，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。如果socket被对端关闭，返回值为0。

如果recv函数返回的错误（<=0），表示通信链路已不可用。

## 8、服务端有两个socket ##

对服务端来说，有两个socket，一个是用于监听的socket，还有一个就是客户端连接成功后，由accept函数创建的用于与客户端收发报文的socket。

## 9、程序退出时先关闭socket ##

socket是系统资源，操作系统打开的socket数量是有限的，在程序退出之前必须关闭已打开的socket，就像关闭文件指针一样，就像delete已分配的内存一样，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函数的每个return之前关闭。

# 相关的库函数 #

## 1、socket函数 ##

socket函数用于创建一个新的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）。常用的协议族有AF\_INET、AF\_INET6、AF\_LOCAL（或称AF\_UNIX，Unix域Socket）、AF\_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通信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作为地址。

type：指定socket类型。常用的socket类型有SOCK\_STREAM、SOCK\_DGRAM、SOCK\_RAW、SOCK\_PACKET、SOCK\_SEQPACKET等。流式socket（SOCK\_STREAM）是一种面向连接的socket，针对于面向连接的TCP服务应用。数据报式socket（SOCK\_DGRAM）是一种无连接的socket，对应于无连接的[UDP][]服务应用。

protocol：指定协议。常用协议有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，第一个能数只能填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函数一般不会返回失败。

## 2、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.google.com"等。

返回值：如果成功，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，一般不会返回错误。函数失败不会设置errno的值。

## 3、connect函数 ##

向服务器发起连接请求。

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, 错误原因存于errno 中。

connect函数只用于客户端。

如果服务端的地址错了，或端口错了，或服务端没有启动，connect一定会失败。

## 4、bind函数 ##

服务端把用于通信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，需要绑定的socket。

参数addr，存放了服务端用于通信的地址和端口。

参数addrlen表示addr结构体的大小。

如果绑定的地址错误，或端口已被占用，bind函数一定会报错，否则一般不会返回错误。

## 5、listen函数 ##

listen函数把主动连接套接口变为被连接套接口，使得这个socket可以接受其它socket的连接请求，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连接的套接字，在服务端的编程中，程序员希望这个套接字可以接受外来的连接请求，也就是被动等待客户端来连接。由于系统默认时认为一个套接字是主动连接的，所以需要通过某种方式来告诉系统，程序员通过调用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5、10都行，一般不超过30。

当调用listen之后，服务端的套接字就可以调用accept来接受客户端的连接请求。

listen函数一般不会返回错误。

## 6、accept函数 ##

服务端接受客户端的连接。

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，如果不需要客户端的地址，可以填0。

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

accept函数等待客户端的连接，如果没有客户端连上来，它就一直等待，这种方式称之为阻塞。

accept等待到客户端的连接后，创建一个新的套接字，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在等待的过程中，如果被中断或其它的原因，函数返回-1，表示失败，如果失败，可以重新accept。

## 7、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

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来源：C语言技术网（[www.freecplus.net][]）

作者：码农有道

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