Socket通信总结（附C++实现）

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• 一、Socket是什么
• 二、一些基本概念
• 三、java socket建立连接的过程  
• 四、Socket 通信示例
• 五、建立通信链路
• 六、服务端代码：
• 七、客户端代码
• 测试图例：

       因为项目需要，服务端需要一个SOCKET来接收客户端的请求，好吧，没办法度娘哇，结果很多都是linux的例子，功夫不负有心人啊，终于找到个demo，并且客户端代码详尽，记录之，以便以后查看。

一、Socket是什么

   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。

 

二、一些基本概念

1. TCP/IP
              TCP/IP是个协议组，可分为三个层次：网络层、传输层和应用层。
              在网络层有IP协议、ICMP协议、ARP协议、RARP协议和BOOTP协议。
              在传输层中有TCP协议与UDP协议。
              在应用层有:TCP包括FTP、HTTP、TELNET、SMTP等协议
              UDP包括DNS、TFTP等协议

2. 短连接：
              连接->传输数据->关闭连接
              HTTP是无状态的，浏览器和服务器每进行一次HTTP操作，就建立一次连接，但任务结束就中断连接。也可以这样说：短连接是指SOCKET连接后发送后接收完数据后马上断开连接。

3. 长连接：
              连接->传输数据->保持连接 -> 传输数据-> 。。。 ->关闭连接。
              长连接指建立SOCKET连接后不管是否使用都保持连接，但安全性较差。

4. http的长连接：
              HTTP也可以建立长连接的，使用Connection:keep-alive，HTTP 1.1默认进行持久连接。HTTP1.1和HTTP1.0相比较而言，最大的区别就是增加了持久连接支持(貌似最新的 http1.0 可以显示的指定 keep-alive),但还是无状态的，或者说是不可以信任的。
   什么时候用长连接，短连接？
              长连接多用于操作频繁，点对点的通讯，而且连接数不能太多情况，。每个TCP连接都需要三步握手，这需要时间，如果每个操作都是先连接，再操作的话那么处理速度会降低很多，所以每个操作完后都不断开，次处理时直接发送数据包就OK了，不用建立TCP连接。例如：数据库的连接用长连接， 如果用短连接频繁的通信会造成socket错误，而且频繁的socket 创建也是对资源的浪费。
   而像WEB网站的http服务一般都用短链接，因为长连接对于服务端来说会耗费一定的资源，而像WEB网站这么频繁的成千上万甚至上亿客户端的连接用短连接会更省一些资源，如果用长连接，而且同时有成千上万的用户，如果每个用户都占用一个连接的话，那可想而知吧。所以并发量大，但每个用户无需频繁操作情况下需用短连好。
              总之，长连接和短连接的选择要视情况而定

5. 发送接收方式
   1、异步 
          报文发送和接收是分开的，相互独立的，互不影响。这种方式又分两种情况： 
          (1)异步双工：接收和发送在同一个程序中，由两个不同的子进程分别负责发送和接收 
          (2)异步单工：接收和发送是用两个不同的程序来完成。 
   2、同步 
          报文发送和接收是同步进行，既报文发送后等待接收返回报文。 同步方式一般需要考虑超时问题，即报文发出去后不能无限等待，需要设定超时时间，超过该时间发送方不再等待读返回报文，直接通知超时返回。
          在长连接中一般是没有条件能够判断读写什么时候结束，所以必须要加长度报文头。读函数先是读取报文头的长度，再根据这个长度去读相应长度的报文。  

三、java socket建立连接的过程  

 

        1、 首先调用Socket类的构造函数，以服务器的指定的IP地址或指定的主机名和指定的端口号为参数，创建一个Socket流，在创建Socket流的过程中包含了向服务器请求建立通讯连接的过程实现。
       2、 建立了客户端通讯Socket后。就可以使用Socket的方法getInputStream()和getOutputStream()来创建输入/输出流。这样，使用Socket类后，网络输入输出也转化为使用流对象的过程。
       3、 使用输入输出流对象的相应方法读写字节流数据，因为流连接着通讯所用的Socket，Socket又是和服务器端建立连接的一个端点，因此数据将通过连接从服务器得到或发向服务器。这时我们就可以对字节流数据按客户端和服务器之间的协议进行处理，完成双方的通讯任务。
       4、 待通讯任务完毕后，我们用流对象的close()方法来关闭用于网络通讯的输入输出流,在用Socket对象的close()方法来关闭Socket。

四、Socket 通信示例

 

       主机 A 的应用程序要能和主机 B 的应用程序通信，必须通过 Socket 建立连接，而建立 Socket 连接必须需要底层 TCP/IP 协议来建立 TCP 连接。建立 TCP 连接需要底层 IP 协议来寻址网络中的主机。我们知道网络层使用的 IP 协议可以帮助我们根据 IP 地址来找到目标主机，但是一台主机上可能运行着多个应用程序，如何才能与指定的应用程序通信就要通过 TCP 或 UPD 的地址也就是端口号来指定。这样就可以通过一个 Socket 实例唯一代表一个主机上的一个应用程序的通信链路了。

五、建立通信链路

       当客户端要与服务端通信，客户端首先要创建一个 Socket 实例，操作系统将为这个 Socket 实例分配一个没有被使用的本地端口号，并创建一个包含本地和远程地址和端口号的套接字数据结构，这个数据结构将一直保存在系统中直到这个连接关闭。在创建 Socket 实例的构造函数正确返回之前，将要进行 TCP 的三次握手协议，TCP 握手协议完成后，Socket 实例对象将创建完成，否则将抛出 IOException 错误。
       与之对应的服务端将创建一个 ServerSocket 实例，ServerSocket 创建比较简单只要指定的端口号没有被占用，一般实例创建都会成功，同时操作系统也会为 ServerSocket 实例创建一个底层数据结构，这个数据结构中包含指定监听的端口号和包含监听地址的通配符，通常情况下都是“*”即监听所有地址。之后当调用 accept() 方法时，将进入阻塞状态，等待客户端的请求。当一个新的请求到来时，将为这个连接创建一个新的套接字数据结构，该套接字数据的信息包含的地址和端口信息正是请求源地址和端口。这个新创建的数据结构将会关联到 ServerSocket 实例的一个未完成的连接数据结构列表中，注意这时服务端与之对应的 Socket 实例并没有完成创建，而要等到与客户端的三次握手完成后，这个服务端的 Socket 实例才会返回，并将这个 Socket 实例对应的数据结构从未完成列表中移到已完成列表中。所以 ServerSocket 所关联的列表中每个数据结构，都代表与一个客户端的建立的 TCP 连接。

       备注：

        Windows 下单机最大TCP连接数

           调整系统参数来调整单机的最大TCP连接数，Windows 下单机的TCP连接数有多个参数共同决定：
           以下都是通过修改注册表[HKEY_LOCAL_MACHINE \System \CurrentControlSet \Services \Tcpip \Parameters]
           1.    最大TCP连接数        TcpNumConnections
           2.    TCP关闭延迟时间    TCPTimedWaitDelay    (30-240)s        
           3.    最大动态端口数   MaxUserPort  (Default = 5000, Max = 65534) TCP客户端和服务器连接时，客户端必须分配一个动态端口，默认情况下这个动态端口的分配范围为 1024-5000 ，也就是说默认情况下，客户端最多可以同时发起3977 个Socket 连接    
           4.   最大TCB 数量   MaxFreeTcbs系统为每个TCP 连接分配一个TCP 控制块(TCP control block or TCB)，这个控制块用于缓存TCP连接的一些参数，每个TCB需要分配 0.5 KB的pagepool 和 0.5KB 的Non-pagepool，也就说，每个TCP连接会占用 1KB 的系统内存。非Server版本，MaxFreeTcbs 的默认值为1000 （64M 以上物理内存）Server 版本，这个的默认值为 2000。也就是说，默认情况下，Server 版本最多同时可以建立并保持2000个TCP 连接。
           5.   最大TCB Hash table 数量   MaxHashTableSize TCB 是通过Hash table 来管理的。这个值指明分配 pagepool 内存的数量，也就是说，如果MaxFreeTcbs = 1000 , 则 pagepool 的内存数量为 500KB那么 MaxHashTableSize 应大于 500 才行。这个数量越大，则Hash table 的冗余度就越高，每次分配和查找 TCP  连接用时就越少。这个值必须是2的幂，且最大为65536.

 

六、服务端代码：

[cpp] view plaincopy

1. /*     
2.  * testSocketService.c     
3.  *     
4.  *  Created on: 2012-8-16     
5.  *      Author: 皓月繁星     
6.  */  
7. #include <WINSOCK2.H>   
8. #include <stdio.h>     
9.                     
10. #define PORT           5150    
11. #define MSGSIZE        1024    
12.                    
13. #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")      
14.                    
15. int main()      
16. {      
17.     WSADATA wsaData;      
18.     SOCKET sListen;      
19.     SOCKET sClient;      
20.     SOCKADDR_IN local;      
21.     SOCKADDR_IN client;      
22.     char szMessage[MSGSIZE];      
23.     int ret;      
24.     int iaddrSize = sizeof(SOCKADDR_IN);      
25.     WSAStartup(0x0202, &wsaData);      
26.                    
27.     sListen = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);      
28.                    
29.     local.sin_family = AF_INET;      
30.     local.sin_port = htons(PORT);      
31.     local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);      
32.     bind(sListen, (struct sockaddr *) &local, sizeof(SOCKADDR_IN));      
33.                    
34.     listen(sListen, 1);      
35.                    
36.     sClient = accept(sListen, (struct sockaddr *) &client, &iaddrSize);      
37.     printf("Accepted client:%s:%d\n", inet_ntoa(client.sin_addr),      
38.             ntohs(client.sin_port));      
39.                    
40.     while (TRUE) {      
41.         ret = recv(sClient, szMessage, MSGSIZE, 0);      
42.         szMessage[ret] = '\0';      
43.         printf("Received [%d bytes]: '%s'\n", ret, szMessage);      
44.     }      
45.     return 0;      
46.   }  

 

七、客户端代码

[cpp] view plaincopy

1. /*     
2.  * testSocketClient.c     
3.  *     
4.  *  Created on: 2012-8-16     
5.  *      Author: 皓月繁星     
6.  */  
7. #include <WINSOCK2.H>   
8. #include <stdio.h>     
9.                     
10. //定义程序中使用的常量      
11. #define SERVER_ADDRESS "127.0.0.1" //服务器端IP地址      
12. #define PORT           5150         //服务器的端口号      
13. #define MSGSIZE        1024         //收发缓冲区的大小      
14. #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")      
15.                    
16. int main()      
17. {      
18.     WSADATA wsaData;      
19.     //连接所用套节字      
20.     SOCKET sClient;      
21.     //保存远程服务器的地址信息      
22.     SOCKADDR_IN server;      
23.     //收发缓冲区      
24.     char szMessage[MSGSIZE];      
25.     //成功接收字节的个数      
26.     int ret;      
27.                    
28.     // Initialize Windows socket library      
29.     WSAStartup(0x0202, &wsaData);      
30.                    
31.     // 创建客户端套节字      
32.     sClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); //AF_INET指明使用TCP/IP协议族；      
33.                                                          //SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP具体指明使用TCP协议      
34.     // 指明远程服务器的地址信息(端口号、IP地址等)      
35.     memset(&server, 0, sizeof(SOCKADDR_IN)); //先将保存地址的server置为全0      
36.     server.sin_family = PF_INET; //声明地址格式是TCP/IP地址格式      
37.     server.sin_port = htons(PORT); //指明连接服务器的端口号，htons()用于 converts values between the host and network byte order      
38.     server.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_ADDRESS); //指明连接服务器的IP地址      
39.                                                         //结构SOCKADDR_IN的sin_addr字段用于保存IP地址，sin_addr字段也是一个结构体，sin_addr.s_addr用于最终保存IP地址      
40.                                                         //inet_addr()用于将 形如的"127.0.0.1"字符串转换为IP地址格式      
41.     //连到刚才指明的服务器上      
42.     connect(sClient, (struct sockaddr *) &server, sizeof(SOCKADDR_IN)); //连接后可以用sClient来使用这个连接      
43.                                                                         //server保存了远程服务器的地址信息      
44.     while (TRUE) {      
45.         printf("Send:");      
46.         //从键盘输入      
47.         gets(szMessage); //The gets() functionreads characters from stdin and loads them into szMessage      
48.         // 发送数据      
49.         send(sClient, szMessage, strlen(szMessage), 0); //sClient指明用哪个连接发送； szMessage指明待发送数据的保存地址 ；strlen(szMessage)指明数据长度      
50.     }      
51.                    
52.     // 释放连接和进行结束工作      
53.     closesocket(sClient);      
54.     WSACleanup();      
55.     return 0;      
56. }  

 

测试图例：