简单的socket通信实现
一、什么是socket网络通信?
socket也称作“套接字”,描述了计算机的IP地址和端口,运行在计算机中的程序之间采用socket进行数据通信。通信的两端都有socket,它是一个通道,数据在两个socket之间进行传输。
二、套接字(socket)
TCP提供了流(stream)和数据报(datagram)两种通信机制,所以套接字也分为流socket和数据报socket。
流socket的类型是SOCK_STREAM,基于TCP协议,是一个有序、可靠、双向字节流的通道,传输数据不会丢失、重复或乱序到达,而且它还有出错后重传机制(就像两个人在打电话,聊天您一句我一句,有来有往,没听清楚就再说一次)。
数据报套接的类型是SOCK_DGRAM,基于UDP协议。不需要建立和维持连接,并且对发送的数据长度有限制,数据报作为一个单独的网络消息被传输,它可能会丢失、重复或错乱到达,UDP不是一个可靠的协议,但是它没有拥塞控制,效率比较高。
三、简单的socket通信过程
四、客户/服务端模式
1、服务端流程
1)创建服务端的socket。
2)把服务端用于通信的ip地址和端口绑定到socket上。
3)把socket设置为监听模式。
4)接受客户端的连接。
5)与客户端通信,接收客户端发过来的报文后,回复处理结果。
6)不断的重复第5)步,直到客户端断开连接。
7)关闭socket,释放资源。
示例(server.cpp)
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>int main()
{// 第1步:创建服务端的socket。int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // 第2步:把服务端用于通信的地址和端口绑定到socket上。struct sockaddr_in servaddr; // 服务端地址信息的数据结构。memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET; // 协议族,在socket编程中只能是AF_INET。servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 任意ip地址。//servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("118.89.50.198"); // 指定ip地址。servaddr.sin_port = htons(5051); // 指定通信端口。if (bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0 ){ perror("bind"); close(listenfd); return -1; }// 第3步:把socket设置为监听模式。if (listen(listenfd,5) != 0 ) { perror("listen"); close(listenfd); return -1; }// 第4步:接受客户端的连接。int clientfd; // 客户端的socket。int socklen=sizeof(struct sockaddr_in); // struct sockaddr_in的大小struct sockaddr_in clientaddr; // 客户端的地址信息。clientfd=accept(listenfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,(socklen_t*)&socklen);printf("客户端(%s)已连接。\n",inet_ntoa(clientaddr.sin_addr));// 第5步:与客户端通信,接收客户端发过来的报文后,回复ok。char buffer[1024];while (1){memset(buffer,0,sizeof(buffer));if (recv(clientfd,buffer,sizeof(buffer),0)<=0) break; // 接收客户端的请求报文。printf("接收:%s\n",buffer);strcpy(buffer,"ok");if (send(clientfd,buffer,strlen(buffer),0)<=0) break; // 向客户端发送响应结果。printf("发送:%s\n",buffer);}// 第6步:关闭socket,释放资源。close(listenfd); close(clientfd);
}
2、客户端流程
1)创建客户端的socket。
2)向服务器发起连接请求。
3)与服务端通信,发送一个报文后等待回复,然后再发下一个报文。
4)不断的重复第3)步,直到全部的数据被发送完。
5)第4步:关闭socket,释放资源。
示例(client.cpp)
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>int main()
{// 第1步:创建客户端的socket。int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // 第2步:向服务器发起连接请求。struct hostent* h; if ( (h = gethostbyname("118.89.50.198")) == 0 ) // 指定服务端的ip地址。{ perror("gethostbyname"); close(sockfd); return -1; }struct sockaddr_in servaddr;memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_port = htons(5051); // 指定服务端的通信端口。memcpy(&servaddr.sin_addr,h->h_addr,h->h_length);if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0) // 向服务端发起连接清求。{ perror("connect"); close(sockfd); return -1; }char buffer[1024];// 第3步:与服务端通信,发送一个报文后等待回复,然后再发下一个报文。for (int ii=0;ii<3;ii++){memset(buffer,0,sizeof(buffer));sprintf(buffer,"这是第%d个超级女生,编号%03d。",ii+1,ii+1);if (send(sockfd,buffer,strlen(buffer),0)<=0) break; // 向服务端发送请求报文。printf("发送:%s\n",buffer);memset(buffer,0,sizeof(buffer));if (recv(sockfd,buffer,sizeof(buffer),0)<=0) break; // 接收服务端返回的结果。printf("接收:%s\n",buffer);}// 第4步:关闭socket,释放资源。close(sockfd);
}
在运行程序之前,必须保证服务器的防火墙已经开通了网络访问策略
五、注解
1、 说明
在socket通信的客户端和服务器的程序里,有多种数据结构,调用了多个函数,涉及到很多方面的知识,这篇文章主要是了解socket通信的过程、每段代码的用途和函数调用的功能,对于一些复杂的结构体和函数的参数,我会在另一篇文章详细讲解。
2、服务端程序绑定地址
如果服务器有多个网卡,多个IP地址,socket通信可以指定用其中一个地址来进行通信,也可以任意ip地址。
1)指定ip地址的代码
m_servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.149.129"); // 指定ip地址
2)任意ip地址的代码
m_servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 本主机的任意ip地址
在实际开发中,采用任意ip地址的方式比较多。
3、服务端程序绑定的通信端口
m_servaddr.sin_port = htons(5000); // 通信端口
4、客户端程序指定服务端的ip地址
struct hostent* h; // ip地址信息的数据结构
if ( (h = gethostbyname("192.168.149.129")) == 0 )
{ perror("gethostbyname"); close(sockfd); return -1; }
5、客户端程序指定服务端的通信端口
servaddr.sin_port = htons(5000);
6、send函数
send函数用于把数据通过socket发送给对端。不论是客户端还是服务端,应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。
函数声明:
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
sockfd为已建立好连接的socket。
buf为需要发送的数据的内存地址,可以是C语言基本数据类型变量的地址,也可以数组、结构体、字符串,内存中有什么就发送什么。
len需要发送的数据的长度,为buf中有效数据的长度。
flags填0, 其他数值意义不大。
函数返回已发送的字符数。出错时返回-1,错误信息errno被标记。
注意,就算是网络断开,或socket已被对端关闭,send函数不会立即报错,要过几秒才会报错。
如果send函数返回的错误(<=0),表示通信链路已不可用。
7、recv函数
recv函数用于接收对端socket发送过来的数据。
recv函数用于接收对端通过socket发送过来的数据。不论是客户端还是服务端,应用程序都用recv函数接收来自TCP连接的另一端发送过来数据。
函数声明:
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
sockfd为已建立好连接的socket。
buf为用于接收数据的内存地址,可以是C语言基本数据类型变量的地址,也可以数组、结构体、字符串,只要是一块内存就行了。
len需要接收数据的长度,不能超过buf的大小,否则内存溢出。
flags填0, 其他数值意义不大。
如果socket的对端没有发送数据,recv函数就会等待,如果对端发送了数据,函数返回接收到的字符数。出错时返回-1,错误信息errno被标记。如果socket被对端关闭,返回值为0。
如果recv函数返回的错误(<=0),表示通信通道已不可用。
8、服务端有两个socket
对服务端来说,有两个socket,一个是用于监听的socket,还有一个就是客户端连接成功后,由accept函数创建的用于与客户端收发报文的socket。
9、程序退出时先关闭socket
socket是系统资源,操作系统打开的socket数量是有限的(默认是1024,具体可以通过ulimit -a命令查看),在程序退出之前必须关闭已打开的socket,就像关闭文件指针一样,就像delete已分配的内存一样,极其重要。
值得注意的是,关闭socket的代码不能只在main函数的最后,那是程序运行的理想状态,还应该在main函数的每个return之前关闭。
六、用到的库函数
1、socket()
socket函数用于创建一个新的socket,也就是向系统申请一个socket资源。socket函数用户客户端和服务端。
函数声明:
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数说明:
domain:协议域,又称协议族(family)。常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(或称AF_UNIX,Unix域Socket)、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
type:指定socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式socket(SOCK_STREAM)是一种面向连接的socket,针对于面向连接的TCP服务应用。数据报式socket(SOCK_DGRAM)是一种无连接的socket,对应于无连接的UDP服务应用。
protocol:指定协议。常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等,分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。
第一个参数填AF_INET,第二个参数只能填SOCK_STREAM,第三个参数只能填0。
除非系统资源耗尽,socket函数一般不会返回失败。
2、gethostbyname()
把ip地址或域名转换为hostent 结构体表达的地址。
函数声明:
struct hostent *gethostbyname(const char *name);
参数name,域名或者主机名,例如"192.168.1.3"、"www.baidu.com"等。
返回值:如果成功,返回一个hostent结构指针,失败返回NULL。
gethostbyname只用于客户端。
gethostbyname只是把字符串的ip地址转换为结构体的ip地址,只要地址格式没错,一般不会返回错误。函数失败不会设置errno的值。
3、connect()
向服务器发起连接请求。
函数声明:
int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr, int addrlen);
函数说明:connect函数用于将参数sockfd 的socket 连至参数serv_addr
指定的服务端,参数addrlen为sockaddr的结构长度。
返回值:成功则返回0, 失败返回-1, 错误原因存于errno 中。
connect函数只用于客户端。
如果服务端的地址错了,或端口错了,或服务端没有启动,connect一定会失败。
4、bind()
服务端把用于通信的地址和端口绑定到socket上。
函数声明:
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
参数sockfd,需要绑定的socket。
参数addr,存放了服务端用于通信的地址和端口。
参数addrlen表示addr结构体的大小。
如果绑定的地址错误,或端口已被占用,bind函数一定会报错,否则一般不会返回错误。
5、listen()
listen函数把主动连接套接字变为被动连接的套接字,使得这个socket可以接受其它socket的连接请求,从而成为一个服务端的socket。
函数声明:
int listen(int sockfd, int backlog);
返回:0-成功, -1-失败
sockfd:已经被bind过的套接字。socket函数返回的套接字是一个主动连接的套接字,在服务端的编程中,程序员希望这个套接字可以接受外来的连接请求,也就是被动等待客户端来连接。由于系统默认时认为一个套接字是主动连接的,所以需要通过某种方式来告诉系统,程序员通过调用listen函数来完成这件事。
backlog:这个参数涉及到一些网络的细节,填5、10都行,一般不超过30。
当调用listen之后,服务端的套接字就可以调用accept来接受客户端的连接请求。
listen函数一般不会返回错误。
6、accept()
服务端接受客户端的连接。
函数声明:
int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);
sockfd:已经被listen过的套接字。
addr: 用于存放客户端的地址信息,用sockaddr结构体表达,如果不需要客户端的地址,可以填0。
addrlen:用于存放addr参数的长度,如果addr为0,addrlen也填0。
accept:函数等待客户端的连接,如果没有客户端连上来,它就一直等待,这种方式称之为阻塞。
accept等待到客户端的连接后,创建一个新的套接字,函数返回值就是这个新的套接字,服务端使用这个新的套接字和客户端进行报文的收发。
accept在等待的过程中,如果被中断或其它的原因,函数返回-1,表示失败,如果失败,可以重新accept。
七:注意事项
listen()、connect0和accept()函数
1)服务端在调用listen()之前,客户端不能向服务端发起连接请求。 |
---|
2)服务端调用listen()函数后,服务端的socket开始监听客户端的连接。 |
3)客户端调用connect()函数向服务端发起连接请求。 |
4)在TCP底层,客户端和服务端握手后建立起通信通道,如果有多个客户端请求,在服务端就会形成一个已准备好的连接队列。 |
5)服务端调用accept()函数从队列中获取一个已准备好的连接,函数返回一个新的socket, 新的socket用于与客户端通信,listen的socket只负责监听客户端的连接请求。 |
本文参考c语言技术网的文章加以总结。
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