socket通信原理及相关函数（详细）总结

简介

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现，socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）。

socket就在应用程序的传输层和应用层之间，设计了一个socket抽象层，传输层的底一层的服务提供给socket抽象层，socket抽象层再提供给应用层，问题又来了，应用层和socket抽象层之间和传输层，网络层之间如何通讯的呢？
这就需要我们了解tcp的三次握手：

详细内容可参考本人博客链接

下面讲述了socket的三次握手，模型图如下：

三次握手只是一个数据传输的过程，但是，我们传输前需要一些准备工作，比如将创建一个套接字，收集一些计算机的资源，将一些资源绑定套接字里面，以及接受和发送数据的函数等等，这些功能接口在一起构成了socket的编程，具体流程及调用函数如下：

下面讲解具体的函数应用：

int socket(int domain, int type, int protocol);
domain：即协议域，又称为协议族（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，流式套接字(SOCK_STREAM)、数据报式套接字(SOCK_DGRAM)、原始式套接字(SOCK_RAW)等。
protocol：套接字使用的特定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议，如果调用者不希望特别指定使用的协议，则置为0，使用默认的连接模式。

示例代码：SOCKET serSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建了可识别套接字 

注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。
当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数分别为：
sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同
addrlen：对应的是地址的长度。

示例代码：bind(serSocket,(SOCKADDR*)&addr,sizeof(SOCKADDR));//绑定完成

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。
如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

int listen(int sockfd, int backlog);
listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

listen(serSocket,5);//其中第二个参数代表能够接收的最多的连接数 

accept()函数
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

示例代码：SOCKET serConn=accept(serSocket,(SOCKADDR*)&clientsocket,&len);
//通过accept来接受对方的套接字的信息，如果这里不是accept而是conection的话，就会不断的监听。  

注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。 

示例代码：connect(clientSocket,(SOCKADDR*)&clientsock_in,sizeof(SOCKADDR));//开始连接

//数据发送和接收：
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

//示例代码：
char receiveBuf[100];  
recv(clientSocket,receiveBuf,101,0);  
send(clientSocket,"hello,this is client",strlen("hello,this is client")+1,0); 

客户端和服务端整体代码示例

客户端代码：

#include                 
#include   
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  
int main()  
{  
    //SOCKET前的一些检查，检查协议库的版本，为了避免别的版本的socket，并且通过  
    //WSAStartup启动对应的版本，WSAStartup的参数一个是版本信息，一个是一些详细的细节，注意高低位  
    //WSAStartup与WSACleanup对应  
    int err;  
    WORD versionRequired;  
    WSADATA wsaData;  
    versionRequired=MAKEWORD(1,1);       
    err=WSAStartup(versionRequired,&wsaData);//协议库的版本信息  
  
    //通过WSACleanup的返回值来确定socket协议是否启动  
    if (!err)  
    {  
        printf("客户端嵌套字已经打开!\n");  
    }  
    else  
    {  
        printf("客户端的嵌套字打开失败!\n");  
        return 0;//结束  
    }  
    //创建socket这个关键词，这里想一下那个图形中的socket抽象层  
    //注意socket这个函数，他三个参数定义了socket的所处的系统，socket的类型，以及一些其他信息  
    SOCKET clientSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);  
  
    //socket编程中，它定义了一个结构体SOCKADDR_IN来存计算机的一些信息，像socket的系统，  
    //端口号，ip地址等信息，这里存储的是服务器端的计算机的信息  
    SOCKADDR_IN clientsock_in;  
    clientsock_in.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1");  
    clientsock_in.sin_family=AF_INET;  
    clientsock_in.sin_port=htons(6000);  
  
    //前期定义了套接字，定义了服务器端的计算机的一些信息存储在clientsock_in中，  
    //准备工作完成后，然后开始将这个套接字链接到远程的计算机  
    //也就是第一次握手  
  
    connect(clientSocket,(SOCKADDR*)&clientsock_in,sizeof(SOCKADDR));//开始连接  
  
  
    char receiveBuf[100];  
  
    //解释socket里面的内容  
    recv(clientSocket,receiveBuf,101,0);  
    printf("%s\n",receiveBuf);  
  
    //发送socket数据  
    send(clientSocket,"hello,this is client",strlen("hello,this is client")+1,0);  
  
    //关闭套接字  
    closesocket(clientSocket);  
    //关闭服务  
    WSACleanup();  
    return 0;  
} 

服务端代码：

    #include   
    #include   
    #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  
    int main()  
    {  
           //创建套接字，socket前的一些检查工作，包括服务的启动  
           WORD myVersionRequest;  
           WSADATA wsaData;  
           myVersionRequest=MAKEWORD(1,1);  
           int err;  
           err=WSAStartup(myVersionRequest,&wsaData);  
           if (!err)  
           {  
                  printf("已打开套接字\n");              
           }  
           else  
           {  
                  //进一步绑定套接字  
                  printf("嵌套字未打开!");  
                  return 0;  
           }  
           SOCKET serSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建了可识别套接字  
           //需要绑定的参数，主要是本地的socket的一些信息。  
           SOCKADDR_IN addr;  
           addr.sin_family=AF_INET;  
           addr.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);//ip地址  
           addr.sin_port=htons(6000);//绑定端口  
      
           bind(serSocket,(SOCKADDR*)&addr,sizeof(SOCKADDR));//绑定完成  
           listen(serSocket,5);//其中第二个参数代表能够接收的最多的连接数  
      
           SOCKADDR_IN clientsocket;  
           int len=sizeof(SOCKADDR);  
           while (1)  
           {  
              //第二次握手，通过accept来接受对方的套接字的信息  
                  SOCKET serConn=accept(serSocket,(SOCKADDR*)&clientsocket,&len);//如果这里不是accept而是conection的话。。就会不断的监听  
                  char sendBuf[100];  
                  sprintf(sendBuf,"welcome %s to bejing",inet_ntoa(clientsocket.sin_addr));//找对对应的IP并且将这行字打印到那里  
                  //发送信息  
              send(serConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);  
                  char receiveBuf[100];//接收  
                  recv(serConn,receiveBuf,strlen(receiveBuf)+1,0);  
                  printf("%s\n",receiveBuf);  
                  closesocket(serConn);//关闭  
                  WSACleanup();//释放资源的操作  
           }  
           return 0;  
    }