socket 编程入门教程（一）TCP server 端：1、建模

话题回到“黑社会办公室”的例子，讲概念已经扯得比较远了，不过，这一节我们还得讲概念，不过好在有些程序的例子。如果大家不想翻回去看TcpServer类的原型，我这里直接给出这个头文件的完整源代码：

//Filename: TcpServerClass.hpp

#ifndef TCPSERVERCLASS_HPP_INCLUDED
#define TCPSERVERCLASS_HPP_INCLUDED

#include <unistd.h>
#include <iostream>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

class TcpServer
{
private:
    int listenSock;
    int communicationSock;
    sockaddr_in servAddr;
    sockaddr_in clntAddr;
public:
    TcpServer(int listen_port);
    bool isAccept();
    void handleEcho();
};


#endif // TCPSERVERCLASS_HPP_INCLUDED

我们已经解释了为什么listenSock和communicationSock的类型是int，以及sockaddr_in是什么结构，现在来写这个类的构造函数：

TcpServer::TcpServer(int listen_port)
{
    if ( (listenSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0 ) {
        throw "socket() failed";
    }

    memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr));
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servAddr.sin_port = htons(listen_port);

    if ( bind(listenSock, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) < 0 ) {
        throw "bind() failed";
    }

    if ( listen(listenSock, 10) < 0 ) {
        throw "listen() failed";
    }
}

好，先看看程序培养一下感觉，我们还得说概念。

数据封装（Data Encapsutation）

        我们前面说到了网络分层：链路——网络——传输——应用。数据从应用程序里诞生，传送到互联网上每一层都会进行一次封装：
Data>>Application>>TCP/UDP>>IP>>OS(Driver, Kernel & Physical Address)
我们用socket重点描述的是协议，包括网络协议（IP）和传输协议（TCP/UDP）。
sockaddr重点描述的是地址，包括IP地址和TCP/UDP端口。

socket()函数

    我们从TcpServer::TcpServer()函数可以看到，socket和sockaddr的产生是可以相互独立的。socket()的函数原型是：

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

在Linux中的实现为：

#include <sys/socket.h>

/* Create a new socket of type TYPE in domain DOMAIN, using
   protocol PROTOCOL.  If PROTOCOL is zero, one is chosen automatically.
   Returns a file descriptor for the new socket, or -1 for errors.  */
extern int socket (int __domain, int __type, int __protocol) __THROW;

第一个参数是协议簇（Linux里面叫作域，意思一样的），还是那句话，我们这篇教程用到的就仅仅是一个PF_INET（protocol family : internet），很多时候你会发现人们也经常在这里赋值为AF_INET，事实上，当前，AF_INET就是PF_INET的一个#define，但是，写成PF_INET从语义上会更加严谨。这也就是TCP/IP协议簇中的IP协议（Internet Protocol），网络层的协议。
后面两个参数定义传输层的协议。
第二个参数是传输层协议类型，我们教程里用到的宏，只有两个：SOCK_STREAM（数据流格式）和SOCK_DGRAM（数据报格式）；（具体是什么我们以后讨论）
第三个参数是具体的传输层协议。当赋值为0的时候，系统会根据传输层协议类型自动匹配和选择。事实上，当前，匹配SOCK_STREAM的就是TCP协议；而匹配SOCK_DGRAM就是UDP协议。所以，我们指定了第二个参数，第三个就可以简单的设置为0。不过，为了严谨，我们最好还是把具体协议写出来，比如，我们的例子中的TCP协议的宏名称：IPPROTO_TCP。

数据的“地址”

        从数据封装的模型，我们可以看到数据是怎么从应用程序传递到互联网的。我们说过，数据的传送是通过socket进行的。但是socket只描述了协议类型。要让数据正确的传送到某个地方，必须添加那个地方的sockaddr地址；同样，要能接受网络上的数据，必须有自己的sockaddr地址。
        可见，在网络上传送的数据包，是socket和sockaddr共同“染指”的结果。他们共同封装和指定了一个数据包的网络协议（IP）和IP地址，传输协议（TCP/UDP）和端口号。

网络字节和本机字节的相互转换

        sockaddr结构中的IP地址（sin_addr.s_addr）和端口号（sin_port）将被封装到网络上传送的数据包中，所以，它的结构形式需要保证是网络字节形式。我们这里用到的函数是htons()和htonl()，这些缩写的意思是：
h: host，主机（本机）
n: network，网络
to: to转换
s: short，16位（2字节，常用于端口号）
l: long, 32位（4字节，常用于IP地址）
“反过来”的函数也是存在的ntohs()和ntohl()。

动作与持续行为

        本节最后的一个概念可以跟计算机无关。作为动词，有些可以描述动作，有些是描述一重持续的行为状态的（就如同一般动词和be动词一样）。扯到C++来说，我们可以把持续行为封装到函数内部，只留出动作的接口。事实上，构造函数中的bind()和listen()就是这种描述持续状态的行为函数。