LINUX下C++ Socket 网络通信简单实现
一 理论知识
1.1 概念以及socket种类
socket也叫“套接字”，虽然但是吧这个翻译其实很不好，不利于初学者理解，socket可以理解成计算机提供给程序员的接口，数据在客户端和服务端之间的socket之间传输。socket把复杂的TCP/IP协议封装，对于程序员来说只要利用好函数，就可以实现数据通信。
TCP提供了stream和datagram两种通信机制，所以socket分这两种。
stream的类型是SOCK_STREAM,采用TCP协议，TCP协议在计算机网络中是安全可靠的有连接的协议。datagram的类型是SOCK_DGRAM,采用的是UDP协议，UDP是不可靠的协议，现在在实际应用开发中，主要采用的是TCP。
二 server 端通信过程
- server端将一个套接字bind到指定的ip地址和port，并且通过该套接字等待和监听客户的连接请求
- 客户程序向服务端程序绑定的地址和端口发送连接请求
- 服务端接收请求
- server和client通过socket进行通信
服务端工作流程
代码编写如下，一步一步详细解答。
头文件如下
#include第一步 为服务端创建socket
int listenfd;
listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//在socket编程中，AF_INET是必须的，等同于固定搭配
//socket创建成功后如果返回值是-1的话，说明创建失败，为0的时候就是创建成功
if(listenfd==-1)
{
printf("socket create fail\n");
return -1;
}
第二步 将socket绑定到提供的ip的地址和对应的端口上
struct sockaddr_in serveraddr;//定义一个用来处理网络通信的数据结构，sockaddr_in分别将端口和地址存储在两个结构体中
//sin_family协议族
memset(&serveraddr,0,sizeof(serveraddr));
serveraddr.sin_family=AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//serveraddr.sin_addr.s_addr=atoi(argv[1]);// specify ip address
serveraddr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));//specify port
//printf("%s %s\n",argv[1],argv[2]);
if(bind(listenfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr))!=0)
{
printf("bind failed \n");
return -1;
}
argv[1]是运行可执行文件时，后面提供的参数。
第三步 利用listen函数使用主动连接套接口变为被连接套接口
使得一个进程可以接受其它进程的请求，从而成为一个服务器进程。在TCP服务器编程中listen函数把进程变为一个服务器，并指定相应的套接字变为被动连接。
if(listen(listenfd,5)!=0)
{
printf("Listen failed\n");
close(listenfd);
return -1;
}
函数声明
int listen(int sockfd, int backlog);//返回0=成功 -1则失败
参数sockfd是已经被bind过的socket。socket函数返回的socket是一个主动连接的socket，在服务端的编程中，程序员希望这个socket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socket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。
参数backlog，这个参数涉及到一些网络的细节，比较麻烦，填5、10都行，一般不超过30。当调用listen之后，服务端的socket就可以调用accept来接受客户端的连接请求。
第四步 接受客户端的请求
服务端接受客户端的请求
int clintfd;//socket for client
int socklen=sizeof(struct sockaddr_in);
struct sockaddr_in client_addr;
clintfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)&client_addr,(socklen_t *)&socklen);
if(clintfd==-1)
printf("connect failed\n");
else
printf("client %s has connnected\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
其中accept函数如下
第五步 同客户端连接，接受数据
int iret;
memset(buf,0,sizeof(buf));
iret=recv(clintfd,buf,strlen(buf),0);
if(iret<=0)
{
perror("send");
break;
}
printf("receive %s\n",buf);
recv函数用于server端socket传送过来的数据，函数声明如下：
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
这时候这里的sockfd其实是clientfd，buf中存储接受的数据，如果client的socket没有发送数据，recv函数就会一直等待，如果发送了数据，函数返回接受到的字符数，如果socket关闭那么就会返回0
char buffer[1024];
while (1)
{
int iret;
memset(buffer,0,sizeof(buffer));
iret=recv(clintfd,buffer,sizeof(buffer),0);
if (iret<=0)
{
printf("iret=%d\n",iret); break;
}
printf("receive :%s\n",buffer);
strcpy(buffer,"ok");//reply cilent with "ok"
if ( (iret=send(clintfd,buffer,strlen(buffer),0))<=0)
{
perror("send");
break;
}
printf("send :%s\n",buffer);
}
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。
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
返回值是0的时候，通信已经中断。
第六步 关闭连接
close(listenfd);
close(clintfd);
代码附录 server端
#includeclient端通信过程
流程如下
所需头文件如下
#include 第一步 为客服端创建socket
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))//同服务端操作相同
第二步 向server发起连接请求
//way 1
struct hostent* h;
if ( (h = gethostbyname(argv[1])) == 0 ) // 指定服务端的ip地址。
{
printf("gethostbyname failed.\n");
close(sockfd);
return -1;
}
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // 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;
}
// way 2
struct sockaddr_in servaddr;
memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // server's port
servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);//server's ip
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr)) != 0) // send request to server for connection
{
perror("connect");
close(sockfd);
return -1;
}
其中用到的结构体和函数介绍如下
struct hostent//
struct hostent
{
char *h_name; //正式主机名
char **h_aliases; //主机别名
int h_addrtype; //主机IP地址类型：IPV4-AF_INET
int h_length; //主机IP地址字节长度，对于IPv4是四字节，即32位
char **h_addr_list; //主机的IP地址列表
};
#define h_addr h_addr_list[0] //保存的是IP地址
这里面使用的gethostbyname函数，只能用在客户端上，主要作用就是把字符串的IP地址转换成结构体的ip地址。
第三步 向server发送数据
while(1){
char buffer[1024];
int iret;
int choice;
printf("if you want to continue to chat please input 1,or input 2\n");
scanf("%d\n",&choice);
if(choice==2)
break;
memset(buffer,0,sizeof(buffer));
printf("please input what you want to say\n");
scanf("%s",buffer);
if ( (iret=send(sockfd,buffer,strlen(buffer),0))<=0) // 向服务端发送请求报文。
{
perror("send");
break;
}
printf("send：%s\n",buffer);
memset(buffer,0,sizeof(buffer));
if ( (iret=recv(sockfd,buffer,sizeof(buffer),0))<=0) // 接收服务端的回应报文。
{
printf("iret=%d\n",iret);
break;
}
printf("receive：%s\n",buffer);
}
}
第四步 关闭连接释放资源
close(sockfd);
代码附录 clinet端
#include 三 总结
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。
对于服务端来说有两个socket，这里该如何理解呢？
首先在linux内核中，socket函数创建的都是主动套接字，但是服务端在经过listen（）以后呢，会转换成被动socket，经过accept函数处理后又会变成已连接的socket，在成为已连接socket之前，还是同一个socket，但是这里面状态发生了改变，服务端经过accept之后的socket是新的socket，用于连接之后的读写操作。
监听socket，是服务器作为客户端连接请求的一个对端，只需创建一次能够让客户端请求到有这个端点就ok，所以监听socket(listen_socket_fd)存在于服务器的整个生命周期, 不需要每个连接都创建一个新的监听socket出来, 没必要呢。已连接socket(connect_socket_fd)是客户端与服务器之间已经建立起来了的连接的一个端点，服务器每次接受连接请求时都会创建一个新已连接socket，它的生命周期只是客户端请求服务端的时间范围内。