1. 什么是socket？
- socket可以看成是用户进程与内核网络协议栈的编程接口；
- socket不仅可以用于本机的进程间通信，还可以用于网络上不同主机的进程间通信；
- 每一个套接口有一个地址属性，
2. IPv4套接口
- IPv4套接口地址结构通常也称为网际套接字地址结构，它以
sockaddr_in命名，定义在头文件<netinet/in.h>中：
struct sockaddr_in {
uint8_t sin_len;
sa_family_t sin_family;
in_port_t sin_port; /* 端口*/
struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址 */
char sin_zero[8];
};
-
sin_len：整个sockaddr_in结构体的长度，有些没有这个； -
sin_family：指定该地址家族，在这里必须设为AF_INET（AF_INET6表示IPv6地址族） -
sin_port：端口，无符号16位整数，最大值为65535 -
sin_addr：IPv4的地址，无符号32位整数 -
sin_zero：暂不使用，一般将其设置为0
通过man帮助手册参看地址结构：man 7 ip
3. 通用的地址结构
- 通用地址结构用来指定与套接字关联的地址：
struct sockaddr {
uint8_t sin_len;
sa_family_t sa_family; /* 地址家族, AF_xxx */
char sa_data[14]; /*14字节协议地址*/
};
-
sin_len：整个sockaddr_in结构体的长度，有些没有这个； -
sin_family：指定该地址家族 -
sa_data：由sin_family决定它的形式
4. 网络字节序
- 大端字节序（Big Endian）：最高有效位存储于最低内存地址处，最低有效位存储于最高内存地址处；
- 小端字节序（Little Endian）：最高有效位存储于最高内存地址处，最低有效位存储于最低内存地址处；
- 主机字节序：不同的主机有不同的字节序；
- 网络字节序：网络字节序规定为大端字节序；
socket编程支持异构系统，不同的操作系统的字节序可能不相同，因此传输过程中统一成网络字节序
测试本机操作系统是大端还是小端：
#include <stdio.h>
using namespace std;
int main()
{
unsigned int a = 0x12345678;
unsigned char* p = (unsigned char*)&a;
printf("%0x, %0x, %0x, %0x\n", p[0], p[1], p[2], p[3]);
return 0;
}
5. 字节序转换函数
uint16_t htons(uint16_t hostshort)--"Host to Network Short"
uint32_t htonl(uint32_t hostlong)--"Host to Network Long"
uint16_t ntohs(uint16_t netshort)--"Network to Host Short"
uint32_t ntohl(uint32_t netlong)--"Network to Host Long"
6. 地址转换函数
点分十进制地址与32为整数地址转换
头文件：
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int inet_aton(const char* cp, struct in_add* inp);
in_addr_t inet_addr(const char* cp); // 将点分十进制地址转换为32位整数
char* inet_ntoa(struct in_addr in); // 将地址结构（32位整数）转换为点分十进制
#include <stdio.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
unsigned long addr = inet_addr("192.168.0.100"); // 将点分十进制地址转换为32位整数
printf("addr = %u\n", ntohl(addr)); // 将32位整数转化为网络字节序
struct in_addr ipaddr;
ipaddr.s_addr = addr;
printf("%s\n", inet_ntoa(ipaddr)); // 将地址结构（32位整数）转换为点分十进制
return 0;
}
7. 套接字类型
- 流式套接字
SOCK_STREAM（TCP协议）：提供面向连接的，可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送，且按发送顺序接收 - 数据报式套接字
SOCK_DGRAM（UDP协议）：提供无连接服务。不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱 - 原始套接字
SOCK_RAW：将应用层的数据跨越传输层，直接封装成网路层的数据
8. TCP客户/服务器模型（C/S模型）
C/S模型
9. 回射客户/服务器模型
回射客户/服务器模型
10. socket函数
- 头文件：
<sys/socket.h> - 功能：创建一个套接字用于通信
- 原型：
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain：指定通信协议族（protocol family)
type：指定socket类型，流式套接字SOCK_STREAM，数据报套接字SOCK_DGRAM，原始套接字SOCK_RAW
protocol：协议类型 - 返回值：成功返回非负整数，它与文件描述符类似，我们将它称为套接字描述字，简称套接字。失败返回-1。
在man帮助手册输入man socket即可获得帮助文档
// 创建套接字
int listenfd;
if ( (listenfd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)) < 0 ) // PF_INET（AF_INET）：IPv4 Internet protocols, SOCK_STREAM:流式套接字
{
ERR_EXIT("socket");
}
11. bind函数
- 头文件：
<sys/socket.h> - 功能：绑定一个本地地址到套接字
- 原型：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); - 参数：
sockfd：socket函数返回的套接字
addr：要绑定的地址
addrlen：地址长度 - 返回值：成功返回0， 失败返回-1
在man帮助手册输入man bind即可获得帮助文档
// 地址的初始化
struct sockaddr_in servaddr; // IPv4的地址结构
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); // 初始化地址
servaddr.sin_family = AF_INET; // 地址族
servaddr.sin_port = htons(5188); // 指定端口号，并将端口号转化为2个字节的网络字节序
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定主机任意地址
//servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 指定地址
//inet_aton("127.0.0.1", &servaddr.sin_addr); // 指定地址
// 将套接字与地址绑定
if( bind(listenfd, (struct sockaddr*)(&servaddr), sizeof(servaddr)) < 0 )
{
ERR_EXIT("bind");
}
12. listen函数
- 头文件：
<sys/socket.h> - 功能：将套接字用于监听进入的连接
- 原型：
int listen(int sockfd, int backlog); - 参数：
sockfd：socket函数返回的套接字 -
backlog：规定内核为此套接字排队的最大连接个数
调用listen函数后套接字变为被动套接字
- 被动套接字：接收连接（调用
accept函数接收连接） - 主动套接字（默认）：用来发起连接（调用
connect3函数发起连接）
// 监听
if( listen(listenfd, SOMAXCONN) < 0 )
{
ERR_EXIT("listen");
}
- 一般来说，
listen函数应该在调用socket函数和bind函数之后，调用accept函数之前调用 - 对于给定的监听套接口，内核需要维护两个队列：1.已由客户发出并到达服务器，服务器正在等待完成相应的TCP三次握手过程 2. 已完成连接的队列
13. accept函数
- 头文件：
<sys/socket.h> - 功能：从已完成连接队列返回第一个连接，如果已完成连接队列为空，则阻塞
- 原型：
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); - 参数：
sockfd：服务器套接字
addr：将返回对等方的套接字地址
addrlen：返回对等方的套接字地址长度 - 返回值：成功返回非负整数，失败返回-1
// 接收
struct sockaddr_in peeraddr; // 对方的地址
socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr);
int conn; // 定义已连接套接字
if( accept(listenfd, (struct sockaddr*)(&peeraddr), &peerlen) < 0 )
{
ERR_EXIT("accept");
}
14. connect函数
- 头文件：
<sys/socket.h> - 功能： 建立一个连接至addr所指定的套接字
- 原型：
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd：未连接的套接字
addr：要连接的套接字地址
addrlen：地址长度 - 返回值：成功返回0， 失败返回-1
// 连接 connect
if( connect(sock, (struct sockaddr*)(&cliaddr), sizeof(cliaddr)) < 0 )
{
ERR_EXIT("connect");
}
15. REUSEADDR
- 服务器端尽可能使用
REUSEADDR - 在绑定之前尽可能调用
setsockopt来设置REUSEADDR套接字选项 - 使用REUSEADDR选项可以使得不必等待
TIME_WAIT状态消失就可以重启服务器
// 设置地址重复利用 REUSEADDR
int on = 1;
if( (setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &on, sizeof(on)) < 0) )
{
ERR_EXIT("setsockopt");
}
16. process-per-connection
- 一个连接一个进程来处理并发
- 通过多进程来使得服务器可以接收多个客户端的消息，从而达到并发效果。父进程用来监听，子进程用来处理通信
// 通过多进程来使得服务器可以接收多个客户端的消息，从而达到并发效果
// 父进程用来监听，子进程用来处理通信
pid_t pid;
while(true)
{
if( (conn = accept(listenfd, (struct sockaddr*)(&peeraddr), &peerlen)) < 0 )
{
ERR_EXIT("accept");
}
printf("ip=%s, port=%d\n", inet_ntoa(peeraddr.sin_addr), ntohs(peeraddr.sin_port)); // 打印客服端发送过来的ip和port
pid = fork();
if( pid == -1 )
{
ERR_EXIT("fork");
}
else if( pid == 0 ) // 子进程来处理通信
{
close(listenfd); // 子进程不需要监听，将监听套接口关闭
do_servece(conn); // 通信处理函数
exit(EXIT_SUCCESS); // 当客户端关闭后，子进程销毁
}
else // 父进程
{
close(conn); // 父进程不需要通信，将通信套接口关闭
}
}
// 通信处理函数
void do_servece(int conn)
{
char recvbuf[1024];
while(true)
{
memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
int ret = read(conn, recvbuf, sizeof(recvbuf));
if( ret == 0 ) // 返回值为0，表示客户端关闭
{
printf("Client close");
break; // 当客户端关闭，退出循环
}
else if( ret == -1)
{
ERR_EXIT("read");
}
fputs(recvbuf, stdout);
write(conn, recvbuf, ret);
}
}
17. 点对点的聊天程序实现
- 即两端能够聊天通信
- 实现原理：在服务器和客户端都创建两个进程，一个用来接收数据，一个用来发送数据
源码
18. 流协议与粘包问题
- TCP为字节流传输，无边界
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