Socket套接字和TCP通信的简单实现

西班牙大马猴

已于 2023-04-24 12:49:15 修改

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文章标签： tcp/ip 网络 linux

于 2023-04-20 18:42:29 首次发布

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Socket是实现不同主机间进程通信的方式，常用于网络服务。API包括socket、bind、listen、accept和connect等。通信过程涉及服务器的bind、listen、accept和客户端的connect。示例代码展示了服务器接收客户端消息的场景。

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Socket简介：

socket(简称套接字) 是进程间通信的一种方式，它与其他进程间通信的一个主要不同是：它能实现不同主机间的进程间通信，我们网络上各种各样的服务大多都是基于 Socket 来完成通信的

Socket常用API：

头文件：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

API：

/*创建套接字*/

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

参数：

-domain: 表示指定通信域（通信地址族）一般使用如下三种：

AF_UNIX 使用本地域套接字的地址结构，用于本地通信

AF_INET 使用IPv4的通信地址结构

AF_INET6 使用IPv6的通信地址结构

-type: 指定套接字类型，一般使用如下三种：

SOCK_STREAM：流式套接字，提供可靠的、面向连接的通信流；它使用TCP，从而保证数据传输的可靠性和顺序性，使用了此套接字后协议默认为TCP协议。

SOCK_DGEAM：数据报套接字，定义了一种不可靠、面向无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证是可靠、无差错的。使用了此套接字数据报协议默认为UDP

SOCK_RAM：原始套接字，允许直接访问底层协议，如IP或ICMP，它功能强大但使用较为不便，主要用于协议开发。

-protocol: 指定协议：当时用流式套接字SOCK_STREAM和数据报套接字SOCK_DGEAM时可以写为0，因为他们两个有默认的协议，当时用其他的套接字时在具体做定义。

/*绑定通信结构体*/

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数：

-sockfd:socket函数生成的套接字，也就是socket函数的返回值

-addr:通信结构体，注意此处的结构体类型为通用地址族结构体，他的结构为：

struct sockaddr {

sa_family_t sa_family;

char sa_data[14];

}

我们在编程时使用的结构体一般为对应的通信域的结构体，如选择AF_INET（IPv4通信地址结构），他的结构体定义为

struct sockaddr_in {

        sa_family_t sin_family; /* 地址族: AF_INET */

        in_port_t sin_port; /* 网络字节序的端口号 */

        struct in_addr sin_addr; /*IP地址结构体 */

};

struct sockaddr {

     uint32_t s_addr; /* 网络字节序的IP地址 */

};

他们之间是有区别的，所以在使用时应该进行强制类型转换，实例见最后的代码。

-addrlen:通信结构体的长度

/*监听套接字*/

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd:socket函数生成的套接字

/*处理客户端发起的连接，生成新的套接字*/

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);此函数的返回值为用来进行通信的新的套接字，读写操作都使用新的套接字作为参数。

参数：

-sockfd: 函数socket生成的套接字

-addr:客户端的地址族信息

-addrlen:地址族结构体的长度

/*向服务器发起连接请求*/

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);参数同上

通信过程：

1.通信之前，客户和服务器先创建套接字，使用socket函数来创建且服务器端和客户端都需要此操作。

2.服务器端调用 bind，把端口号和本地 IP 地址填写到已创建的套接字中。要注意区分好服务器端和客户端，服务器端才需要调用此函数，客户端只需要创建好套接字后发送连接请求即可。

3.服务器端调用 listen（收听），把套接字设置为被动方式，以便随时接受客户的服务请求。UDP 服务器不使用 listen 系统调用。

4.服务器端调用 accept（接受），以便把远地客户进程发来的连接请求提取出来。UDP 服务器不使用 accept 系统调用。

5.客户进程调用 connect，以便和远地服务器建立连接（这就是主动打开）。

6.客户和服务器在 TCP 连接上使用 write传送数据，使用 read接收数据，客户端使用的是最开始socket出来的套接字作为write和read的参数fd，而服务器端则是使用accept函数的返回值作为其参数。

7.客户或服务器通信结束，调用 close 释放连接和撤销套接字。服务器端需要close两次，分别是socket函数返回的套接字和accept函数返回的套接字。

代码实例：

目的：实现在本机上互相通信

服务器端接收客户端发送

服务器端：

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>         
#include <sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{

	int fd,newfd,ret;
    //使用传参的方式来传入IP地址和端口号，第一个参数为Ip地址
    //参数个数判断；
	if(argc < 3){
		printf("too few arguments\n");
		return 0;
	}
	char buf[BUFSIZ];//BUFSIZ为一个常量，数值为8192
	fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//第一步：创建套接字
	if( fd < 0 ){
		perror("socket");
		return 0;
	}
    //初始化bind函数的第二个参数-通信结构体
    //因为我们是用的IPv4的互联网通信协议，所以family的参数为AF_INET
	struct sockaddr_in soc;
    //htons 用来将主机字节顺序转换为网络字节顺序
	soc.sin_family = AF_INET;
	soc.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
	if (inet_aton(argv[1], &soc.sin_addr) == 0) {
		fprintf(stderr, "Invalid address\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
    //绑定通信结构体
	ret = bind(fd,&soc,sizeof(soc));
	if(ret < 0){
		perror("bind");
		return 0;

	}
    //监听套接字
	ret = listen(fd,5);
	if(ret < 0){
		perror("listen");
		return 0;
	}
	newfd = accept(fd,NULL,NULL);
	if(newfd < 0){
		perror("newfd");
		return 0;
	//循环的读
	while(1){
	
	memset(buf,0,BUFSIZ);
	ret = read(newfd,buf,BUFSIZ);
	if(ret == 0)
		break;
	printf("%s",buf);
	}
	close(newfd);
	close(fd);
	return 0;
}

客户端：

#include<stdio.h>
#include <sys/types.h>          
#include <sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>

int main(int argc, const char *argv[])
{
	if(argc < 3){
		printf("too few arguments\n");
		return 0;
	}
	int fd;
	char buf[BUFSIZ];
	fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if( fd < 0 ){
		perror("socket");
		return 0;
	}
	struct sockaddr_in soc;
	soc.sin_family = AF_INET;
	soc.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
	if (inet_aton(argv[1], &soc.sin_addr) == 0) {
		fprintf(stderr, "Invalid address\n");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	if(connect(fd,(struct sockaddr *)&soc,sizeof(soc)) == -1){
		perror("connect");
		return 0;

	}
	while(1){
		printf("Please Input->");
		fgets(buf,BUFSIZ,stdin);
		write(fd,buf,strlen(buf));
	}

	close(fd);
	return 0;
}