socket编程

一.相关概念

(简单说明，不做深入了解)

1. 网络的7层协议

   应用层，表示层，会话层，传输层，网络层，数据链路层，物理层
   其中:http协议是应用层协议，tcp属于传输层协议，IP属于网络层协议。

2. 三次握手(仅针对于TCP通信)
   

第一次：客户端向服务端发送一个SYN(同步序列号)
第二次：服务端收到客户端发送发SYN后，给客户端发送一个ACK(确认标志)。同时自己也发一个SYN给客户端
第三次：客户端向服务端发送ACK。

注意事项:
三次握手均有内核完成。
握手完成后将链接请求放入liseten()函数创建的已完成三次握手的监听队列中，以便后续供accept函数取用。

3. 套接字
不同网络间通信所需的端点

二.socket通讯（TCP）

1. socket通讯步骤(服务端)
(1).创建套接字

int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
参数1：地址描述符 
  AF_INET:IPV4地址簇  
  AF_INET6：IPv6 地址族。
参数2：套接字类型  
  SOCK_STREAM:面向连接的流式套接字（基于 TCP，可靠传输）。 
  SOCK_DGRAM：无连接的数据报套接字（UDP）
参数3：传输协议,默认为0(由系统指定)

返回值(整数):
  -1 ：失败 具体失败原因查看全局变量error 成功返回非负整数
  >0：生成的套接字

(2).绑定地址和端口

struct sockaddr_in addr = {
        .sin_family = AF_INET,
        .sin_addr.s_addr = INADDR_ANY,
        .sin_port = htons(8080)
    	};
    	bind(server_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));     
注意事项:
  addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 绑定所有网卡
  addr.sin_port = htons(8080);       // 端口转换为网络字节序

返回值:
   0:绑定成功 
  -1:绑定失败    	

(3).启动监听

listen(server_fd, 5); 
参数2：最大等待连接数

返回值:
  0:成功
 -1：失败  	

注意事项:
  启动监听的作用在于将将套接字从主动模式变为被动模式， 以便客户端请求。并根据第二个参数创建和初始化链接队列，用于存储已完成 三次握手的连接请求，以便accept函数从队列中获取连接请求。

(4).接受客户端请求

int client_fd = accept(server_fd, NULL, NULL);
参数2:客户端地址  默认为NULL(忽略客户端地址)
参数3:客户端地址长度

返回值(整数):
  -1 ：失败 具体失败原因查看全局变量error 成功返回非负整数
  >0：生成的套接字

注意事项:
  accept函数的作用是从链接队列中获取已完成三次握手的链接请求,并生成新的套接字，以便后续使用该套接字获取客户端报文以及发送回执报文给客户端，原套接字被释放，用于监听新的链接请求。

(5).获取客户端请求报文并返回回执报文

recv(client_fd, buffer, sizeof(buffer), 0);

send(client_fd, "Hello from Server", 17, 0);
参数3：发送字节数
发送字节数的最大值在/proc/sys/net/core/rmem_max中设定,如果发送报文长度的大小大于这个值，则需要循环多次发送

参数4：工作模式
  0：阻塞模式(发送缓存区不足时，进程阻塞，直至有足够的缓存区)
  MSG_DONTWAIT：非阻塞模式(如果缓存不足时，直接返回-1)

返回值
  成功：返回发送成功的字节数
  失败：返回-1，并设置errno来指示错误的原因

注意事项:
   1.必须得判断返回值,如果是-1，则需要将错误信息写入到error中。
   2.非阻塞模式只调用一次，如果返回-1，则标示发送失败，后续想要重新发送回执报文则需要借助I/O多路复用(select、poll、epoll)技术，等待事件可写后重发(下一篇文章详细讲解)。
   3.send()发送可能由于发送的数据包较大需要拆分为多个TCP包，接收方需要正确处理消息边界 
   4.连续调用send可能导致接收端的数据在缓存区内合并，此时两边需要约定报文长度。   

(6).关闭socket连接

close(client_fd);
close(server_fd);

2. socket通讯步骤(客户端)
(1).创建套接字

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

(2).连接服务器

struct sockaddr_in server_addr = {
       .sin_family = AF_INET,
       .sin_port = htons(8080),
       .sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1")
};
connect(sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

(3).发送请求

send(sock, "Hello from Client", 17, 0);

(4).接受回执

recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0);

(5).关闭连接

close(sock);

3. 实例代码

客户端 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    	int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    	struct sockaddr_in server_addr = {
        	.sin_family = AF_INET,
        	.sin_port = htons(8080),
        	.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1")
    	};
    	connect(sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
    	send(sock, "Hello from Client", 17, 0);
    	char buffer[1024] = {0};
    	recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0);
    	printf("Server response: %s\n", buffer);
    	close(sock);
   	  return 0;
}

服务端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
  	int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  	
  	struct sockaddr_in addr = {
      .sin_family = AF_INET,
      .sin_addr.s_addr = INADDR_ANY,
      .sin_port = htons(8080)// 端口转换为网络字节序
  	};
  	bind(server_fd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr));
  	
  	listen(server_fd, 5); // 最大等待连接数
  	printf("Server listening on port 8080...\n");
  	
  	int client_fd = accept(server_fd, NULL, NULL);//返回新socket描述符
  	
  	char buffer[1024] = {0};
  	recv(client_fd, buffer, sizeof(buffer), 0);
  	printf("Received: %s\n", buffer);
  	
  	send(client_fd, "Hello from Server", 17, 0);
  	close(client_fd);
  	close(server_fd);
  	return 0;
}

三.socket通讯（UDP）

服务端代码
int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
struct sockaddr_in addr;
 // ...绑定地址（同TCP）...

char buffer[1024];
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t len = sizeof(client_addr);
recvfrom(sock, buffer, sizeof(buffer), 0, (struct sockaddr*)&client_addr, &len);
sendto(sock, "Response", 8, 0, (struct sockaddr*)&client_addr, len);	

客户端代码
sendto(sock, "Hello", 5, 0, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
recvfrom(sock, buffer, sizeof(buffer), 0, NULL, NULL);