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socket

分类: 文章 • 2024-02-28 08:44:46

一、什么是Socket

socket即套接字，用于描述地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通过socket向网络发出请求或者回应。


sockets(套接字)编程有三种，流式套接字（SOCK_STREAM），数据报套接字（SOCK_DGRAM），原始套接字（SOCK_RAW）；前两种较常用。基于TCP的socket编程是采用的流式套接字。

（1）SOCK_STREAM表示面向连接的数据传输方式。数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送，但效率相对较慢。常用的HTTP协议就使用SOCK_STREAM传输数据，因为要确保数据的正确性，否则网页不能正常解析。

（2）SOCK_DGRAM表示无连接的数据传输方式。计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。因为SOCK_DGRAM所做的校验工作少，所以效率比SOCK_STREAM高。


QQ视频聊天和语音聊天就使用SOCK_DGRAM传输数据，因为首先要保证通信的效率，尽量减小延迟，而数据的正确性是次要的，即使丢失很小的一部分数据，视频和音频也可以正常解析，最多出现噪点或杂音，不会对通信质量有实质的影响。


注意：SOCK_DGRAM没有想象中的糟糕，不会频繁的丢失数据，数据错读只是小概率事件。


有可能多种协议使用同一种数据传输方式，所以在socket编程中，需要同时指明数据传输方式和协议。


二、客户端/服务端模式：

在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程相互作用的主要模式是客户/服务器模式，即客户端向服务器发出请求，服务器接收请求后，提供相应的服务。客户/服务器模式的建立基于以下两点：

（1）建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等，需要共享，从而就让拥有众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用。

（2）网间进程通信完全是异步的，相互通信的进程间既不存在父子关系，又不共享内存缓冲区。


因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步，这就是基于客户/服务端模式的TCP/IP。


服务端：建立socket，声明自身的端口号和地址并绑定到socket，使用listen打开监听，然后不断用accept去查看是否有连接，如果有，捕获socket，并通过recv获取消息的内容，通信完成后调用closeSocket关闭这个对应accept到的socket，如果不再需要等待任何客户端连接，那么用closeSocket关闭掉自身的socket。


客户端：建立socket，通过端口号和地址确定目标服务器，使用Connect连接到服务器，send发送消息，等待处理，通信完成后调用closeSocket关闭socket。


三、编程步骤

（1）服务端

1、加载套接字库，创建套接字（WSAStartup()/socket()）;

2、绑定套接字到一个IP地址和一个端口上（bind()）;

3、将套接字设置为监听模式等待连接请求（listen()）；

4、请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字（accept()）；

5、用返回的套接字和客户端进行通信（send()/recv()）；

6、返回，等待另一个连接请求；

7、关闭套接字，关闭加载的套接字库（closesocket()/WSACleanup()）；


（2）客户端

1、加载套接字库，创建套接字（WSAStartup()/socket()）；

2、向服务器发出连接请求（connect()）；

3、和服务器进行通信（send()/recv()）；

4、关闭套接字，关闭加载的套接字库（closesocket()/WSACleanup()）；


四、windows下实现socket简单实例

使用软件：devc++

（一）TCP协议

（1）代码

服务端：server.cpp

[cpp] view plain copy
  1. #include <stdio.h>    
  2. #include <winsock2.h>    
  3.     
  4. #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")    
  5.     
  6. int main(int argc, char* argv[])    
  7. {    
  8.     //初始化WSA    
  9.     WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);    
  10.     WSADATA wsaData;    
  11.     if(WSAStartup(sockVersion, &wsaData)!=0)    
  12.     {    
  13.         return 0;    
  14.     }    
  15.     
  16.     //创建套接字    
  17.     SOCKET slisten = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);    
  18.     if(slisten == INVALID_SOCKET)    
  19.     {    
  20.         printf("socket error !");    
  21.         return 0;    
  22.     }    
  23.     
  24.     //绑定IP和端口    
  25.     sockaddr_in sin;    
  26.     sin.sin_family = AF_INET;    
  27.     sin.sin_port = htons(8888);    
  28.     sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;     
  29.     if(bind(slisten, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)    
  30.     {    
  31.         printf("bind error !");    
  32.     }    
  33.     
  34.     //开始监听    
  35.     if(listen(slisten, 5) == SOCKET_ERROR)    
  36.     {    
  37.         printf("listen error !");    
  38.         return 0;    
  39.     }    
  40.     
  41.     //循环接收数据    
  42.     SOCKET sClient;    
  43.     sockaddr_in remoteAddr;    
  44.     int nAddrlen = sizeof(remoteAddr);    
  45.     char revData[255];     
  46.     while (true)    
  47.     {    
  48.         printf("等待连接...\n");    
  49.         sClient = accept(slisten, (SOCKADDR *)&remoteAddr, &nAddrlen);    
  50.         if(sClient == INVALID_SOCKET)    
  51.         {    
  52.             printf("accept error !");    
  53.             continue;    
  54.         }    
  55.         printf("接受到一个连接：%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));    
  56.             
  57.         //接收数据    
  58.         int ret = recv(sClient, revData, 255, 0);           
  59.         if(ret > 0)    
  60.         {    
  61.             revData[ret] = 0x00;    
  62.             printf(revData);    
  63.         }    
  64.     
  65.         //发送数据    
  66.         const char * sendData = "你好，TCP客户端！\n";    
  67.         send(sClient, sendData, strlen(sendData), 0);    
  68.         closesocket(sClient);    
  69.     }    
  70.         
  71.     closesocket(slisten);    
  72.     WSACleanup();    
  73.     return 0;    
  74. }   


客户端代码：client.cpp

[cpp] view plain copy
  1. #include<WINSOCK2.H>  
  2. #include<STDIO.H>  
  3. #include<iostream>  
  4. #include<cstring>  
  5. using namespace std;  
  6. #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  
  7.   
  8. int main()  
  9. {  
  10.     WORD sockVersion = MAKEWORD(2, 2);  
  11.     WSADATA data;  
  12.     if(WSAStartup(sockVersion, &data)!=0)  
  13.     {  
  14.         return 0;  
  15.     }  
  16.     while(true){  
  17.         SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  
  18.         if(sclient == INVALID_SOCKET)  
  19.         {  
  20.             printf("invalid socket!");  
  21.             return 0;  
  22.         }  
  23.           
  24.         sockaddr_in serAddr;  
  25.         serAddr.sin_family = AF_INET;  
  26.         serAddr.sin_port = htons(8888);  
  27.         serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");  
  28.         if(connect(sclient, (sockaddr *)&serAddr, sizeof(serAddr)) == SOCKET_ERROR)  
  29.         {  //连接失败   
  30.             printf("connect error !");  
  31.             closesocket(sclient);  
  32.             return 0;  
  33.         }  
  34.           
  35.         string data;  
  36.         cin>>data;  
  37.         const char * sendData;  
  38.         sendData = data.c_str();   //string转const char*   
  39.         //char * sendData = "你好，TCP服务端，我是客户端\n";  
  40.         send(sclient, sendData, strlen(sendData), 0);  
  41.         //send()用来将数据由指定的socket传给对方主机  
  42.         //int send(int s, const void * msg, int len, unsigned int flags)  
  43.         //s为已建立好连接的socket，msg指向数据内容，len则为数据长度，参数flags一般设0  
  44.         //成功则返回实际传送出去的字符数，失败返回-1，错误原因存于error   
  45.           
  46.         char recData[255];  
  47.         int ret = recv(sclient, recData, 255, 0);  
  48.         if(ret>0){  
  49.             recData[ret] = 0x00;  
  50.             printf(recData);  
  51.         }   
  52.         closesocket(sclient);  
  53.     }  
  54.       
  55.       
  56.     WSACleanup();  
  57.     return 0;  
  58.       
  59. }  




（2）可能遇到的问题：

(1)undefined reference to '_imp_WSAStartup'

socket


解决方案：

工具->编译选项->在连接器命令行加入如下命令里面添加-lwsock32 即可

然后重启devc++运行程序问题解决。


（2）deprecated conversion from string constant to 'char *'[-Wwrite-strings]

socket


解决方法：将char * 改为const char *


（3）结果运行

先运行服务端，运行service.cpp，服务端显示如下：

socket


然后运行客户端，运行client.cpp，在客户端输入数据，即可传送到服务器端显示如下：

socket



（4）部分代码说明

第一步：加载/释放Winsock库：

加载方法：

[cpp] view plain copy
  1. WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);  
  2. WSADATA wsaData;  
[cpp] view plain copy
  1. //初始化socket资源  
  2. if(WSAStartup(sockVersion, &wsaData)!=0)  
  3. {  
  4.    return 0;  //代表失败  
  5. }  

释放方法：

[cpp] view plain copy
  1. WSACleanup();  


第二步：构造SOCKET

1. 服务端：构造监听SOCKET，流式SOCKET

[cpp] view plain copy
  1. //创建套接字  
  2.     SOCKET slisten = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  
  3.     if(slisten == INVALID_SOCKET)  
  4.     {  
  5.         printf("socket error !");  
  6.         return 0;  
  7.     }  


2. 客户端：构造通讯SOCKET，流式SOCKET

[cpp] view plain copy
  1. //创建套接字  
  2.    SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  
  3.    if(sclient == INVALID_SOCKET)  
  4.     {  
  5.        printf("invalid socket !");  
  6.        return 0;  
  7.     }  

第三步：配置监听地址和端口，服务端绑定IP地址和端口，客户端连接目的IP地址和端口：

1. 服务端：

[cpp] view plain copy
  1. //绑定IP和端口  
  2.    sockaddr_in sin;  
  3.    sin.sin_family = AF_INET;  
  4.    sin.sin_port = htons(8888);   //本地监听端口：8888  
  5.    sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;  
  6.    if(bind(slisten, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) ==SOCKET_ERROR)  //尝试绑定  
  7.     {  
  8.        printf("bind error !");  
  9.     }  
  10. //绑定成功后就开始监听  
  11.    if(listen(slisten, 5) == SOCKET_ERROR)  
  12.     {  
  13.        printf("listen error !");  
  14.        return 0;  
  15.     }  

2. 客户端：

[cpp] view plain copy
  1. //配置要连接的地址和端口     
  2.    sockaddr_in serAddr;  
  3.    serAddr.sin_family = AF_INET;  
  4.    serAddr.sin_port = htons(8888);  
  5.    serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");  
  6.    if (connect(sclient, (sockaddr *)&serAddr, sizeof(serAddr)) ==SOCKET_ERROR)  //尝试连接  
  7.     {  
  8.        printf("connect error !");  
  9.        closesocket(sclient);  
  10.        return 0;  
  11.     }  

第四步：服务端/客户端连接

1. 服务端：等待客户端接入

SOCKET Command_Sock = accept(Listen_Sock,...)

 

2. 客户端：请求与服务端连接

int ret = connect(Client_Sock, ...)

 

第五步：收/发数据

1. 服务端：等待客户接入 charbuf[1024].

接收数据：recv(Command_Sock, buf, ...)

或

发送数据：send(Command_Sock, buf, ...)

 

2. 客户端：请求与服务端连接char buf[1024].

发送数据：send(Client_Sock, buf, ...)

或

接收数据：recv(Client_Sock, buf, ...)

 

第六步：关闭SOCKET

1. 服务端关闭SOCKET

closesocket(Listen_Sock)

closesocket(Command_Sock)

 

2. 客户端关闭SOCKET

closesocket(Client_Sock)

 

（二）UDP协议

服务端代码：

[cpp] view plain copy
  1. #include <stdio.h>   
  2. #include <winsock2.h>   
  3.    
  4. #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")    
  5.    
  6. int main(int argc, char* argv[])   
  7. {   
  8.    WSADATA wsaData;   
  9.    WORD sockVersion = MAKEWORD(2,2);   
  10.    if(WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)   
  11.    {   
  12.        return 0;   
  13.    }   
  14.    
  15.    SOCKET serSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);    
  16.    if(serSocket == INVALID_SOCKET)   
  17.    {   
  18.        printf("socket error !");   
  19.        return 0;   
  20.    }   
  21.    
  22.    sockaddr_in serAddr;   
  23.    serAddr.sin_family = AF_INET;   
  24.    serAddr.sin_port = htons(8888);   
  25.    serAddr.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;   
  26.    if(bind(serSocket, (sockaddr *)&serAddr, sizeof(serAddr)) ==SOCKET_ERROR)   
  27.    {   
  28.        printf("bind error !");   
  29.        closesocket(serSocket);   
  30.        return 0;   
  31.    }   
  32.        
  33.    sockaddr_in remoteAddr;   
  34.    int nAddrLen = sizeof(remoteAddr);    
  35.    while (true)   
  36.    {   
  37.        char recvData[255];     
  38.        int ret = recvfrom(serSocket, recvData, 255, 0, (sockaddr*)&remoteAddr, &nAddrLen);   
  39.        if (ret > 0)   
  40.        {   
  41.            recvData[ret] = 0x00;   
  42.            printf("接受到一个连接：%s \r\n",inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));   
  43.            printf(recvData);              
  44.        }   
  45.    
  46.        const char * sendData = "一个来自服务端的UDP数据包\n";   
  47.        sendto(serSocket, sendData,strlen(sendData), 0, (sockaddr *)&remoteAddr, nAddrLen);       
  48.    
  49.    }   
  50.    closesocket(serSocket);    
  51.    WSACleanup();   
  52.    return 0;   
  53. }   

客户端代码：

[cpp] view plain copy
  1. #include <stdio.h>   
  2. #include <winsock2.h>   
  3.    
  4. #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")    
  5.    
  6. int main(int argc, char* argv[])   
  7. {   
  8.    WORD socketVersion = MAKEWORD(2,2);   
  9.    WSADATA wsaData;    
  10.    if(WSAStartup(socketVersion, &wsaData) != 0)   
  11.    {   
  12.        return 0;   
  13.    }   
  14.    SOCKET sclient = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);   
  15.        
  16.    sockaddr_in sin;   
  17.    sin.sin_family = AF_INET;   
  18.    sin.sin_port = htons(8888);   
  19.    sin.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");   
  20.    int len = sizeof(sin);   
  21.        
  22.    const char * sendData = "来自客户端的数据包.\n";   
  23.    sendto(sclient, sendData, strlen(sendData), 0, (sockaddr *)&sin,len);   
  24.    
  25.    char recvData[255];        
  26.    int ret = recvfrom(sclient, recvData, 255, 0, (sockaddr *)&sin,&len);   
  27.    if(ret > 0)   
  28.    {   
  29.        recvData[ret] = 0x00;   
  30.        printf(recvData);   
  31.    }   
  32.    
  33.    closesocket(sclient);   
  34.    WSACleanup();   
  35.    return 0;   
  36. }   

 

结果显示如下：

服务端：

 socket

 

客户端：

 socket

 

五、Windows下的socket程序和Linux思路相同，细节处区别如下：

（1）Windows下的socket程序依赖Winsock.dll或ws2_32.dll，必须提前加载。DLL有两种加载方式。

（2）Linux使用“文件描述符”的概念，而Windows使用“文件句柄”的概念；Linux不区分socket文件和普通文件，而Windows区分；Linux下socket()函数的返回值为int类型，而Windows下为SOCKET类型，也就是句柄。

（3）Linux下使用read()/write()函数读写，而Windows下使用recv()/send()函数发送和接收

（4）关闭socket时，Linux使用close()函数，而Windows使用closesocket()函数。


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