本文详细介绍了TCP/IP协议和UDP的基本概念，通过图解展示了它们之间的关系，并深入浅出地讲解了Socket编程的基础知识，包括Socket的位置、作用及如何使用Socket进行网络通信。
对
TCP/IP、
UDP、
Socket编程这些词你不会很陌生吧？随着网络技术的发展，这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问：
1. 什么是TCP/IP、UDP？
2. Socket在哪里呢？
3. Socket是什么呢？
4. 你会使用它们吗？
什么是TCP/IP、UDP？
1. 什么是TCP/IP、UDP？
2. Socket在哪里呢？
3. Socket是什么呢？
4. 你会使用它们吗？
什么是TCP/IP、UDP？
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。
UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
这里有一张图，表明了这些协议的关系。
图1
TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。
Socket在哪里呢？
在图1中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。
图2
原来Socket在这里。
Socket是什么呢？
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。
你会使用它们吗？
前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。
一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。
图3
先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。
在这里我就举个简单的例子，我们走的是TCP协议这条路（见图2）。例子用MFC编写，运行的界面如下：
图4
图5
在客户端输入服务器端的IP地址和发送的数据，然后按发送按钮，服务器端接收到数据，然后回应客户端。客户端读取回应的数据，显示在界面上。
下面是接收数据和发送数据的函数：
int Receive(SOCKET fd,char *szText,int len)
{
int cnt;
int rc;
cnt=len;
while(cnt>0)
{
rc=recv(fd,szText,cnt,0);
if(rc==SOCKET_ERROR)
{
return -1;
}
if(rc==0)
return len-cnt;
szText+=rc;
cnt-=rc;
}
return len;
}
int Send(SOCKET fd,char *szText,int len)
{
int cnt;
int rc;
cnt=len;
while(cnt>0)
{
rc=send(fd,szText,cnt,0);
if(rc==SOCKET_ERROR)
{
return -1;
}
if(rc==0)
return len-cnt;
szText+=rc;
cnt-=rc;
}
return len;
}
服务器端：
在服务器端，主要是启动Socket和监听线程。
#define DEFAULT_PORT 2000
void CServerDlg::OnStart()
{
sockaddr_in local;
DWORD dwThreadID = 0;
local.sin_family=AF_INET;
//设置的端口为DEFAULT_PORT。
local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);
//IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。
local.sin_addr.S_un.S_addr=INADDR_ANY;
//初始化Socket
m_Listening = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(m_Listening == INVALID_SOCKET)
{
return ;
}
//将本地地址绑定到所创建的套接字上
if(bind(m_Listening,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) == SOCKET_ERROR )
{
closesocket(m_Listening);
return ;
}
//创建监听线程，这样也能响应界面上操作。
m_hListenThread = ::CreateThread(NULL,0,ListenThread,this,0,&dwThreadID);
m_StartBtn.EnableWindow(FALSE);
m_StopBtn.EnableWindow(TRUE);
}
监听线程函数：
DWORD WINAPI CServerDlg::ListenThread(LPVOID lpparam)
{
CServerDlg* pDlg = (CServerDlg*)lpparam;
if(pDlg == NULL)
return 0;
SOCKET Listening = pDlg->m_Listening;
//开始监听是否有客户端连接。
if(listen(Listening,40) == SOCKET_ERROR)
{
return 0;
}
char szBuf[MAX_PATH];
//初始化
memset(szBuf,0,MAX_PATH);
while(1)
{
SOCKET ConnectSocket;
sockaddr_in ClientAddr;
int nLen = sizeof(sockaddr);
//阻塞直到有客户端连接，不然多浪费CPU资源。
ConnectSocket = accept(Listening,(sockaddr*)&ClientAddr,&nLen);
//都到客户端的IP地址。
char *pAddrname = inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr);
pDlg->Receive(ConnectSocket,szBuf,100);
//界面上显示请求数据。
pDlg->SetRequestText(szBuf);
strcat(szBuf," :我是老猫，收到（");
strcat(szBuf,pAddrname);
strcat(szBuf,"）");
//向客户端发送回应数据
pDlg->Send(ConnectSocket,szBuf,100);
}
return 0;
}
服务器端一直在监听是否有客户端连接，如有连接，处理客户端的请求，给出回应，然后继续监听。
客户端：
客户端的发送函数：
#define DEFAULT_PORT 2000
void CClientDlg::OnSend()
{
DWORD dwIP = 0;
TCHAR szText[MAX_PATH];
memset(szText,0,MAX_PATH);
m_IP.GetWindowText(szText,MAX_PATH);
//把字符串形式的IP地址转成IN_ADDR结构需要的形式。
dwIP = inet_addr(szText);
m_RequestEdit.GetWindowText(szText,MAX_PATH);
sockaddr_in local;
SOCKET socketTmp;
//必须是AF_INET,表示该socket在Internet域中进行通信
local.sin_family=AF_INET;
//端口号
local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);
//服务器的IP地址。
local.sin_addr.S_un.S_addr=dwIP;
////初始化Socket
socketTmp=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//连接服务器
if(connect(socketTmp,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) < 0)
{
closesocket(socketTmp);
MessageBox("连接服务器失败。");
return ;
}
//发送请求，为简单只发100字节，在服务器端也规定100字节。
Send(socketTmp,szText,100);
//读取服务器端返回的数据。
memset(szText,0,MAX_PATH);
//接收服务器端的回应。
Receive(socketTmp,szText,100);
TCHAR szMessage[MAX_PATH];
memset(szMessage,0,MAX_PATH);
strcat(szMessage,szText);
//界面上显示回应数据。
m_ReplyBtn.SetWindowText(szMessage);
closesocket(socketTmp);
}
客户端就一个函数完成了一次通信。在这里IP地址为何用127.0.0.1呢？使用这个IP地址，服务器端和客户端就能运行在同一台机器上，这样调试方便多了。当然你可以在你朋友的机器上运行Server程序(本人在局域网中测试过)，在自己的机器上运行Client程序，当然输入的IP地址就该是你朋友机器的IP地址了。
简单的理论和实践都说了，现在Socket编程不神秘了吧？希望对你有些帮助。
一。程序运行效果图
二。程序源代码
// server.cpp
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <Winsock2.h>
using namespace std;
int main()
{
// 加载socket动态链接库(dll)
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData; // 这结构是用于接收Wjndows Socket的结构信息的
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); // 请求1.1版本的WinSock库
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return -1; // 返回值为零的时候是表示成功申请WSAStartup
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
// 检查这个低字节是不是1，高字节是不是1以确定是否我们所请求的1.1版本
// 否则的话，调用WSACleanup()清除信息，结束函数
WSACleanup( );
return -1;
}
// 创建socket操作，建立流式套接字，返回套接字号sockSrv
// SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
// 第一个参数，指定地址簇(TCP/IP只能是AF_INET，也可写成PF_INET)
// 第二个，选择套接字的类型(流式套接字)，第三个，特定地址家族相关协议（0为自动）
SOCKET sockSrv = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// 套接字sockSrv与本地地址相连
// int bind(SOCKET s, const struct sockaddr* name, int namelen);
// 第一个参数，指定需要绑定的套接字；
// 第二个参数，指定该套接字的本地地址信息，该地址结构会随所用的网络协议的不同而不同
// 第三个参数，指定该网络协议地址的长度
// PS: struct sockaddr{ u_short sa_family; char sa_data[14];};
// sa_family指定该地址家族， sa_data起到占位占用一块内存分配区的作用
// 在TCP/IP中，可使用sockaddr_in结构替换sockaddr，以方便填写地址信息
//
// struct sockaddr_in{ short sin_family; unsigned short sin_port; struct in_addr sin_addr; char sin_zero[8];};
// sin_family表示地址族，对于IP地址，sin_family成员将一直是AF_INET。
// sin_port指定将要分配给套接字的端口。
// sin_addr给出套接字的主机IP地址。
// sin_zero[8]给出填充数，让sockaddr_in与sockaddr结构的长度一样。
// 将IP地址指定为INADDR_ANY，允许套接字向任何分配给本地机器的IP地址发送或接收数据。
// 如果想只让套接字使用多个IP中的一个地址，可指定实际地址，用inet_addr()函数。
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); // 将INADDR_ANY转换为网络字节序，调用 htonl(long型)或htons(整型)
addrSrv.sin_family = AF_INET;
addrSrv.sin_port = htons(6000);
bind(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR)); // 第二参数要强制类型转换
// 将套接字设置为监听模式（连接请求）， listen()通知TCP服务器准备好接收连接
// int listen(SOCKET s, int backlog);
// 第一个参数指定需要设置的套接字，第二个参数为（等待连接队列的最大长度）
listen(sockSrv, 10);
// accept()，接收连接，等待客户端连接
// SOCKET accept( SOCKET s, struct sockaddr* addr, int* addrlen);
// 第一个参数，接收一个处于监听状态下的套接字
// 第二个参数，sockaddr用于保存客户端地址的信息
// 第三个参数，用于指定这个地址的长度
// 返回的是向与这个监听状态下的套接字通信的套接字
// 客户端与用户端进行通信
// send(), 在套接字上发送数据
// int send( SOCKET s, const char* buf, int len, int flags);
// 第一个参数，需要发送信息的套接字，
// 第二个参数，包含了需要被传送的数据，
// 第三个参数是buffer的数据长度，
// 第四个参数，一些传送参数的设置
// recv(), 在套接字上接收数据
// int recv( SOCKET s, char* buf, int len, int flags);
// 第一个参数，建立连接后的套接字，
// 第二个参数，接收数据
// 第三个参数，接收数据的长度，
// 第四个参数，一些传送参数的设置
SOCKADDR_IN addrClient;
int len = sizeof(SOCKADDR);
while(true){ // 不断等待客户端请求的到来
SOCKET sockConn = accept(sockSrv, (SOCKADDR*)&addrClient, &len);
char sendBuf[100];
sprintf(sendBuf, "Welcome %s to the server program~ \nNow, let's start talking...\n", inet_ntoa(addrClient.sin_addr));
send(sockConn, sendBuf, strlen(sendBuf)+1, 0); // 发送显示欢迎信息
char recvBuf[100];
recv(sockConn, recvBuf, 100, 0);
printf("%s\n", recvBuf); // 接收第一次信息
char * sockConnName = "Client";
printf("我们可以聊五句话");
int n = 5;
while(n--){
printf("还剩%d次：\n", n+1);
char recvBuf[100];
recv(sockConn, recvBuf, 100, 0);
printf("%s Says: %s\n", sockConnName, recvBuf); // 接收信息
char talk[100];
printf("Please enter what you want to say next(\"quit\"to exit):");
gets(talk);
send(sockConn, talk, strlen(talk)+1, 0); // 发送信息
printf("\n");
}
printf("\nEnd talking... \n");
closesocket(sockConn);
}
printf("\n");
system("pause");
return 0;
}
// client.cpp
#include <iostream>
#include <cstdio>
#include <Winsock2.h>
using namespace std;
int main()
{
// 加载socket动态链接库(dll)
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData; // 这结构是用于接收Wjndows Socket的结构信息的
int err;
wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); // 请求1.1版本的WinSock库
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
if ( err != 0 ) {
return -1; // 返回值为零的时候是表示成功申请WSAStartup
}
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
// 检查这个低字节是不是1，高字节是不是1以确定是否我们所请求的1.1版本
// 否则的话，调用WSACleanup()清除信息，结束函数
WSACleanup( );
return -1;
}
// 创建socket操作，建立流式套接字，返回套接字号sockClient
// SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
// 第一个参数，指定地址簇(TCP/IP只能是AF_INET，也可写成PF_INET)
// 第二个，选择套接字的类型(流式套接字)，第三个，特定地址家族相关协议（0为自动）
SOCKET sockClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
// 将套接字sockClient与远程主机相连
// int connect( SOCKET s, const struct sockaddr* name, int namelen);
// 第一个参数：需要进行连接操作的套接字
// 第二个参数：设定所需要连接的地址信息
// 第三个参数：地址的长度
SOCKADDR_IN addrSrv;
addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 本地回路地址是127.0.0.1;
addrSrv.sin_family = AF_INET;
addrSrv.sin_port = htons(6000);
connect(sockClient, (SOCKADDR*)&addrSrv, sizeof(SOCKADDR));
char recvBuf[100];
recv(sockClient, recvBuf, 100, 0);
printf("%s\n", recvBuf);
send(sockClient, "Attention: A Client has enter...\n", strlen("Attention: A Client has enter...\n")+1, 0);
printf("我们可以聊五句话");
int n = 5;
do{
printf("\n还剩%d次：", n);
char talk[100];
printf("\nPlease enter what you want to say next(\"quit\"to exit):");
gets(talk);
send(sockClient, talk, strlen(talk)+1, 0); // 发送信息
char recvBuf[100];
recv(sockClient, recvBuf, 100, 0);
printf("%s Says: %s\n", "Server", recvBuf); // 接收信息
}while(--n);
printf("End linking...\n");
closesocket(sockClient);
WSACleanup(); // 终止对套接字库的使用
printf("\n");
system("pause");
return 0;
}
三。程序设计相关基础知识
1.计算机网络
2.IP地址
3.协议
4.网络体系结构
5.TCP/IP体系结构与特点
6.客户机/服务器模式
7.TCP/IP特点
8.套接字的引入
9.面向 连接/无连接 的套接字的系统调用时序图/流程图
其它参考资料
http://www.cnblogs.com/peterzb/archive/2009/07/03/1515950.html
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