Socket网络编程

最新推荐文章于 2020-08-27 08:32:11 发布
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分类专栏： Socket 文章标签： socket
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版权

什么是Socket

在计算机通信领域，Socket被翻译为“套接字”，他是计算机之间进行通信的一种约定或者是一种方式。通过Socket这种约定，一台计算机可以接受到其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。

Socket的本质

Socket的本质是编程接口(API),对于TCP/IP的封装，TCP/IP也要提供可供程序员做网络开发所用的接口，这就是Socket编程接口。

Socket的作用

Socket的英文原意是“插座”，的意思，通常在计算机编程中称作套接字，可以用来实现不同的虚拟机或不同计算机之间的通信。

Socket的典型应用

1.Socket的应用之一就是Web服务器和浏览器：浏览器获取用户输入的URL地址，向服务器发起请求，服务器分析接收到的URL请求，将对应的网页内容返回个浏览器，浏览器再经过解析和渲染，将文字、图片、视频等元素呈现个用户，

2.QQ或者微信等聊天工具等：本地的QQ或微信程序就是客户端，登录过程就是连接服务器的过程，聊天过程就是Socket的发送和接收消息过程。

Socket介绍

把Socket比作门，门外是邮局，你送信就需要通过门，把信从门送出去到邮局，然后邮局帮你送达目标的门，目的地主人再把门打开，从里面取出邮局送过来的信，

以(打电话)为例分析通信过程

两人之间打电话：

 1.需要做好的保障：两人都要有电话，可正常通话的电话就是Socket 

     可正常通话的电话：电话能用，电话要插有电话线(信号器)，电话要有卡

 2.发送消息者通过一端的电话拨号等待

 3.接收消息者通过一端的电话接听

 4.发送消息者和接收消息者之间可以进行通过

 5.消息沟通完毕之后由任意一端先挂断！挂断电话断开连接

 6.剩余的一端被迫断开连接，至此通信结束

网络传输

OSI七层网络模型

在网络历史的早期，国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会(CCITT)共同出版了开放系统互联的七层参考模型。一台计算机操作系统中的网络过程包括从应用请求(在协议栈的顶部)到网络介质(底部)，OSI参考模型把功能分成七个分立的层次。

特点：

   1.人们可以很容易的讨论和学习协议的规范细节

   2.层间的标准接口方便了工程模块化。

   3.创建了一个更好的互连环境。

   4.降低了复杂程度，使程序更容易修改，产品开发的速度更快。

   5.每层利用紧邻的下层服务，更容易记住这个层的功能。

网络模型

网络编程中的本质是两个设备之间的数据交换，当然，在计算机网络中，设备主要指计算机。数据传递本身没有多大的难度，不就是把一个设备中的数据发送给另一个设备，然后接受另一个设备的反馈的数据。

现在的网络编程基本上都是基于请求/响应的方式的，也就是一个设备发送请求给另一个，然后接受另一个设备的反馈。

在网络编程中，发起连接程序，也就是发送第一次请求的程序，被称为客户端(Client),等待其他程序连接的程序被称作服务器(Server)。客户端程序可以在需要的时候启动，而服务器为了能够时刻响应客户端的连接，则需要一直启动，例如以打电话为例，首先拨号的人类似于客户端，接听电话的人必须保持电话畅通类似于服务器。

连接一旦建立以后，客户端和服务器端就可以进行数据传递了，而且两者的身份是等价的。

在一些查程序中，程序既有客户端功能也有服务端功能，最常见的软件就是BT、eMule这类软件。

IP地址与域名

在现实生活中，如果要打电话就需要知道那人的电话号码，如果要寄信就要知道收信人的地址。在网络中也是这样，需要知道一个设备的位置，则需要使用该设备的IP地址，具体的连接过程由硬件实现，程序员不需过多担心。

IP地址是一个规定，现在使用的是IPv4，即由四个0-255之间的数字组成，在计算机内部存储时只需要4个字节即可。在计算机中，IP地址是分配给网卡的，每个网卡有一个唯一的IP地址，在同一个网络内部，IP地址不能相同，IP地址的概念类似于电话号码或者身份证号的概念。

由于IP地址不方便记忆，所以有专门创造了域名(Domain Name)的概念，其实就是给IP取一个字符的名字，例如163.com、sina.com等。IP和域名之间存在着一定的对应关系，如果把IP地址类比成身份证号，哪域名则是姓名。

而在网络中只能使用IP地址进行数据传输，所以在传输以前，需要把域名转换为IP，这个由称作DNS的服务器专门来完成。

所以在网络编程中，可以使用IP或是域名来标识网络上的任意一台设备。

端口的概念

为了在一台设备上运行多个程序，人为的设计了端口(Port)的概念，类似的例子是公司内部的分机号码。

规定一个设备有216个，也就是65536个端口，每个端口对应一个唯一的程序。每个网络程序，无论是客户端还是服务端，都对应一个或多个特定的端口号。由于0-1024之间多被操作系统占用，所以实际编程时一般采用1024以后的端口号。

使用端口号，可以找到一台设备上唯一的一个程序。所以如果需要和某台计算机建立连接的话，只需要知道IP地址或者域名即可，但是如果想和该台计算机上的某个程序交换数据的话，还必须知道该程序使用的端口号。

Socket/TCP五层网络模型图

TCP和UDP区别

UDP:

  1.面向无连接，将数据及源封装在数据包中，不需要建立连接

  2.每个数据报的大小限制在64K内

  3.因为无连接 是不可靠协议

  4.不需要连接连接，速度快

TCP:

  1.建立连接，形成传输数据的通道

  2.在连接中进行大数据量传输，以字节流的形式

  3.通过三次握手(四次挥手)完成连接，是可靠协议

  4.必须建立连接，效率会稍低

TCP和UDP协议互不相通！

Socket/TCP

TCP是一种协议

      

一般需要了解一下几个字段：

  1. 序号：Seq序号，占32位，用来表示从TCP源端向目的端发送的字节流，发起方发送数据时对此进行标识

  2. 确认序号：ACK序号，占32位，只有ACK标志位为1时，确认序号字段才有效，ACK=Seq+1

  3. 标志位共六个：URG、ACK、PSH、RST、SYN、FIN含义：

    1. URG：紧急指针

    2. ACK:确认序号有效

    3. PSH:接收方应该尽快将这个报文交给应用层

    4. RST:充值连接

    5. SYN:发起一个新连接

    6. FIN:释放一个连接

  4. 需要注意的是：

    （A）不要将确认序号Ack与标志位中的ACK搞混了。

        （B）确认方Ack=发起方Req+1，两端配对

TCP三次握手

         

所谓三次握手（Three-Way Handshake）即建立TCP连接，就是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务端总共发送3个包以确认连接的建立。在socket编程中，这一过程由客户端执行connect来触发，整个流程如下图所示：

 

第一次握手：Client将标志位SYN置为1，随机产生一个值seq=J，并将该数据包发送给Server，Client进入SYN_SEND状态，等待Server确认。

第二次握手：Server收到数据包后由标志位SYN=1知道Client请求建立连接，Server将标志位SYN和ACK都置为1，ACK=J+1，随机产生一个seq=K，并将该数据包发送给Client以确认连接请求，Server进入SYN_RECV状态。

第三次握手：Client收到确认后，检查ACK是否为J+1，ACK是否为1，如果正确则将标志位ACK置为1，ACK=K+1，并将数据包发送给Server，Server检查ACK是否为K+1，如果正确则连接建立成功，Client和Server进入ESTABLISHED状态，完成三次握手，随后Client与Server之间就可以开始传输数据了。

SYN攻击：在三次握手过程中，Server发送SYN-ACK后，收到Client的ACK之前的TCP连接称为半连接，此时Serve处于SYN_RECV状态，当收到ACK后，Server转入ESTABLISHED状态。SYN攻击就是Client在短时间内伪造大量不存在的IP地址，并向Server不断的发送SYN包，Server回复确认包，并等待Client的确认，由于源地址不存在，因此Server需要不断重发直至超时，这些伪造的SYN包将长时间占用未连接队列，导致正常的SYN请求因为队列满而被丢弃，从而引起网络阻塞甚至系统瘫痪。SYN攻击就是一种典型的DDOS攻击，检测SYN攻击方式也很简单，即当有大量半连接状态且源地址是随机的，则可以断定遭到SYN攻击了，使用如下命令让其无处可逃：netstat -nap|grep SYN_RECV

四次挥手

 

由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须要单独进行关闭，这一原则是当一方完成数据发送任务后，发送一个FIN来终止这一方向的连接，收到一个FIN只是意味着这一方向上没有数据流动了，即不会再收到数据了，但是在这个TCP连接上仍然能够发送数据，直到这一方向也发送了FIN。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方则执行被动关闭。

（1）第一次挥手：Client发送一个FIN，用来关闭Client到Server的数据传输，Client进入FIN_WAIT_1状态。

（2）第二次挥手：Server收到FIN后，发送一个ACK给Client，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号），Server进入CLOSE_WAIT状态

（3）第三次挥手：Server发送一个FIN，用来关闭Server到Client的数据传输，Server进入LAST_ACK状态

（4）第四次挥手：Client收到FIN后，Client进入TIME_WAIT状态，接着发送一个ACK给Server，确认序号为收到序号+1，Server进入CLOSED状态，完成四次挥手

 

 

 

socket网络编程
01-27
一个简单的socket网络编程例子： 服务器代码： #include #include #include #include #pragma comment(lib,"ws2_32.lib") //这句话的意思是加载ws2_32.lib这个静态库 #define NETWORK_EVENT WM_USER+100 //如果你用mfc做开发，你可以点击菜单project-〉setting-〉link-〉object/library中添加这个静态库。 //如果你用c语言，你需要通过#pragma comment（命令来连接静态库 int main(int argc, char* argv[]){ HANDLE hThread = NULL; //判断是否输入了端口号 if(argc!=3){ printf("Usage: %sPortNumber\n",argv[1]); exit(-1); } //把端口号转化成整数 short port; if((port = atoi(argv[2]))==0){ printf("端口号有误！"); exit(-1); } WSADATA wsa; //初始化套接字DLL if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa)!=0){ //高字节指定了次版本号，低字节指定了主版本号，两个字节加到一起，就是你想要的Winsock库的版本号了 printf("套接字初始化失败!"); exit(-1); } //创建套接字 SOCKET serverSocket; if((serverSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP))==INVALID_SOCKET){ printf("创建套接字失败！"); exit(-1); } struct sockaddr_in serverAddress; memset(&serverAddress,0,sizeof(sockaddr_in)); serverAddress.sin_family=AF_INET; serverAddress.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); serverAddress.sin_port = htons(port); //绑定 if(bind(serverSocket,(sockaddr*)&serverAddress,sizeof(serverAddress))==SOCKET_ERROR){ printf("套接字绑定到端口失败！端口: %d\n",port); exit(-1); } //进入侦听状态 if(listen(serverSocket,SOMAXCONN)==SOCKET_ERROR){ printf("侦听失败！"); exit(-1); } printf("Server %d is listening......\n",port); SOCKET clientSocket[5],maxSocket;//用来和客户端通信的套接字 struct sockaddr_in clientAddress;//用来和客户端通信的套接字地址 memset(&clientAddress,0,sizeof(clientAddress)); int addrlen = sizeof(clientAddress); fd_set fd_read; int i=0; int j; char buf[4096]; char buff[4096]="exit"; while(1) { FD_ZERO(&fd_read); maxSocket=serverSocket; FD_SET(serverSocket,&fd_read); //FD_SET(clientSocket[i-1],&fd_read); for(j=0;j<i;j++) { FD_SET(clientSocket[j],&fd_read); if(maxSocket"); //gets(buff); if(select(maxSocket+1,&fd_read,NULL,NULL,NULL)>0) { if(FD_ISSET(serverSocket,&fd_read)) { if(buff=="") { if((clientSocket[i++]=accept(serverSocket,(sockaddr*)&clientAddress,&addrlen))==INVALID_SOCKET) { printf("接受客户端连接失败！"); exit(-1); } else { for(j=0;j5) { printf("超过最大客户端数"); exit(-1); } } else { int bytes; for(int k=0;k<i;k++) { if(FD_ISSET(clientSocket[k],&fd_read)) { bytes=recv(clientSocket[k],buf,sizeof(buf),0); if(bytes==-1) { //listen(serverSocket,SOMAXCONN); for (int l=k;l<i;l++) clientSocket[l]=clientSocket[l+1]; i--; } /*if(bytes==0) { //printf("fdsdf"); listen(serverSocket,SOMAXCONN); for (int l=k;l0) { buf[bytes]='\0'; printf("Message from %s: %s\n",inet_ntoa(clientAddress.sin_addr),buf); if(send(clientSocket[k],buf,bytes,0)==SOCKET_ERROR) { printf("发送数据失败！"); exit(-1); } } } } } } } //清理套接字占用的资源 WSACleanup(); return 0; } 客户端代码： #include #include #include #pragma comment(lib,"ws2_32.lib") int main(int argc, char* argv[]){ //判断是否输入了IP地址和端口号 if(argc!=4){ printf("Usage: %s IPAddress PortNumber\n",argv[1]); exit(-1); } //把字符串的IP地址转化为u_long unsigned long ip; if((ip=inet_addr(argv[2]))==INADDR_NONE){ printf("不合法的IP地址：%s",argv[1]); exit(-1); } //把端口号转化成整数 short port; if((port = atoi(argv[3]))==0){ printf("端口号有误！"); exit(-1); } printf("Connecting to %s:%d......\n",inet_ntoa(*(in_addr*)&ip),port); WSADATA wsa; //初始化套接字DLL if(WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsa)!=0){ printf("套接字初始化失败!"); exit(-1); } //创建套接字 SOCKET sock,serverSocket; if((sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP))==INVALID_SOCKET){ printf("创建套接字失败！"); exit(-1); } struct sockaddr_in serverAddress; memset(&serverAddress,0,sizeof(sockaddr_in)); serverAddress.sin_family=AF_INET; serverAddress.sin_addr.S_un.S_addr = ip; serverAddress.sin_port = htons(port); //建立和服务器的连接 if(connect(sock,(sockaddr*)&serverAddress,sizeof(serverAddress))==SOCKET_ERROR) { printf("建立连接失败！"); exit(-1); } char buf[4096]; while(1){ printf(">"); //从控制台读取一行数据 gets(buf); if(send(sock,buf,strlen(buf),0)==SOCKET_ERROR){ printf("发送c数据失败！"); exit(-1); } int bytes; if((bytes=recv(sock,buf,sizeof(buf),0))==SOCKET_ERROR) { printf("接收c数据失败!\n"); exit(-1); } else { buf[bytes]='\0'; printf("Message from %s: %s\n",inet_ntoa(serverAddress.sin_addr),buf); } } //清理套接字占用的资源 WSACleanup(); return 0; }
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