TCP/IP网络通信（C++语言）

套接字

创建套接字

设置套接字地址结构

sockaddr_in

sockaddr_in是一个结构体，用于表示IPv4 地址和端口号的组合。在 C 语言中，它通常用于网络编程中的套接字操作，特别是在基于传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）的网络通信中。
这个结构体在 头文件中定义，其结构如下：

struct sockaddr_in {
    short            sin_family;   // 地址族(AF_INET)，一般为 AF_INET
    unsigned short   sin_port;     // 端口号，网络字节序
    struct in_addr   sin_addr;     // IPv4 地址结构体
    char             sin_zero[8];  // 用于填充，使结构体和 sockaddr 结构体大小相同
};

• sin_family：地址族，通常为 AF_INET，表示 IPv4 地址族。
• sin_port：端口号，用于标识数据传输的目的地或来源端口，存储在网络字节序中（大端序）。
  • htons():将指定的端口号 port 转换为网络字节序（大端序）后，赋值给结构体的 sin_port 成员。
  • htons()函数用于将主机字节序的 16 位整数转换为网络字节序，以确保在网络上传输时的正确性。sin_addr：一个 struct in_addr 类型的结构体，用于存储 IPv4 地址。
  • htonl(INADDR_ANY);：将 INADDR_ANY 赋值给结构体的 sin_addr.s_addr 成员。INADDR_ANY 表示接受来自任意网络接口的连接请求，即服务器将监听所有可用的网络接口。htonl() 函数用于将主机字节序的 32 位整数转换为网络字节序。
• sin_addr.s_addr:初始化IP地址的方法有两种（如下），inet_pton()直接把点分十进制格式的IP地址字符串转换成网络字节序的二进制形式，并存储到serverAddr.sin_addr中，sin_addr.s_addr是一个无符号整型变量（在netinet/in.h中定义），通常当你已经有了IP地址的数字表示时，可以直接赋值给它。然而，inet_addr()函数不如inet_pton()灵活，因为它不能处理IPv6地址，并且对于非法的IPv4地址字符串，它的错误处理不如inet_pton()明确。

serverAddr.sin_addr.s_addr =   inet_addr("192.168.1.100"); 
`或`
inet_pton(AF_INET, serverIP,   &serverAddr.sin_addr)

• sin_zero：填充字段，用于使 sockaddr_in 结构体和通用套接字地址结构体 sockaddr 大小相同。
  sockaddr_in 结构体的使用通常是在套接字编程中的地址初始化和绑定过程中。例如，通过这个结构体可以指定要连接到的远程服务器的地址和端口，或者指定要监听的本地地址和端口。

socklen_t

socklen_t是一个数据类型，通常用于表示套接字地址结构体的长度。在 C 语言中，它通常是一个无符号整数类型，用于在套接字编程中传递地址结构体的大小信息。

在网络编程中，常见的套接字操作函数（如 bind()、connect()、accept() 等）通常需要传递一个指向地址结构体的指针以及该结构体的大小。socklen_t 类型的变量就用来存储这个大小。

socklen_t 的定义通常可以在 或 头文件中找到

typedef unsigned int socklen_t;

socket()

函数是在网络编程中常用的系统调用函数，用于创建一个新的套接字（socket）。套接字是一种通信机制，它允许不同计算机之间的进程进行通信，可以通过网络发送和接收数据。

在 C 语言中，socket() 函数的原型通常在头文件 中声明，其定义如下：

int socket(int domain, int type, int protocol);

• domain：指定套接字的协议族，常见的包括 AF_INET（IPv4 地址族）和 AF_INET6（IPv6 地址族）等。
• PF_INET 是套接字编程中常用的常量，用于指定套接字的协议族（Protocol Family）。在实际使用中，PF_INET 和 AF_INET 这两个常量通常是等价的，都表示使用 IPv4 地址族。
  • 在套接字编程中，有两种常见的协议族常量：AF_INET 和 AF_INET6，分别表示使用 IPv4 和 IPv6 地址族。而 PF_INET 和 PF_INET6 则是对应的协议族常量，它们与 AF_INET 和 AF_INET6 是一样的，用于指定套接字的地址族。
  • AF 表示 Address Family，而 PF 则表示 Protocol
    Family，实际上，它们在大多数情况下是等价的。在一些文档和实现中，你可能会看到 AF_INET 和 PF_INET 被交替使用。所以，当你需要指定使用 IPv4 地址族时，可以使用 AF_INET 或 PF_INET，它们的效果是一样的
• type：指定套接字的类型，常见的包括 SOCK_STREAM（面向连接的流套接字，如 TCP）和 SOCK_DGRAM（无连接的数据报套接字，如 UDP）等。
• protocol：指定套接字使用的协议，通常设为 0，表示使用默认协议。
  socket() 函数返回一个非负整数作为套接字描述符（socket descriptor），如果返回 -1 则表示创建套接字失败。套接字描述符用于后续的套接字操作，比如绑定地址、连接到远程主机、接收和发送数据等。

setsockopt()

setsockopt()函数是用于设置套接字选项的系统调用函数之一。它允许你在套接字创建后，但在绑定或连接之前，设置各种套接字选项，以控制套接字的行为。

在 C 语言中，setsockopt() 函数的原型通常在头文件中声明，其定义如下：

int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);

• sockfd：套接字描述符，即要设置选项的套接字。 level：选项级别，指定了要设置的选项的类型。常见的级别包括
• SOL_SOCKET（通用套接字选项）、IPPROTO_TCP（TCP 协议选项）和 IPPROTO_IP（IP 协议选项）等。
• optname：选项名称，指定了要设置的具体选项。 optval：指向包含选项值的缓冲区的指针。
• optlen：选项值的长度，以字节为单位。

setsockopt() 函数成功时返回 0，失败时返回 -1，并设置相应的错误码。常见的错误包括 EBADF（无效的文件描述符）、EINVAL（无效的参数）和 ENOPROTOOPT（协议不支持该选项）等。
常见的套接字选项包括：

• SO_REUSEADDR：允许套接字重新绑定到已使用的地址。
• SO_KEEPALIVE：启用 TCP 连接的保持活动功能。
• SO_SNDBUF 和 SO_RCVBUF：设置发送缓冲区和接收缓冲区的大小。

绑定套接字

bind()

bind()是一个系统调用函数，用于将套接字（socket）与地址（包括 IP 地址和端口号）关联起来。在网络编程中，通常在服务器端使用 bind() 函数将套接字绑定到特定的 IP 地址和端口号上，以便监听来自客户端的连接请求。

在 C 语言中，bind() 函数的原型通常在 头文件中声明，其定义如下：

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

（服务器端）监听连接

listen()

listen() 函数是用于将套接字设置为被动监听状态，以便接受客户端连接请求的系统调用函数之一。在服务器端套接字上调用 listen() 函数后，套接字将进入监听状态，开始等待客户端的连接请求，并将连接请求放入一个队列中等待处理。

int listen(int sockfd, int backlog);

• sockfd：套接字描述符，即要设置为监听状态的套接字。
• backlog：连接请求的最大排队数，即等待处理的连接请求的最大数量。如果队列已满，则新的连接请求将被拒绝。通常情况下，这个参数的合理值为
  5 到 10。

listen() 函数成功时返回 0，失败时返回 -1，并设置相应的错误码。常见的错误包括 EBADF（无效的文件描述符）、ENOTSOCK（指定的文件描述符不是套接字）和 EOPNOTSUPP（套接字不支持监听操作）等。

接受连接（服务器端）

accept()

accept()函数是在服务器端套接字上调用的系统调用函数之一，用于接受客户端的连接请求。它从处于监听状态的套接字的等待连接队列中取出一个连接请求，创建一个新的套接字，并返回新套接字的文件描述符，通过这个新的套接字可以与客户端进行通信。

在 C 语言中，accept() 函数的原型通常在 头文件中声明，其定义如下：

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

• sockfd：服务器端监听套接字的文件描述符，即要接受连接请求的套接字。
• addr：指向一个结构体的指针，用于存储客户端的地址信息。如果不关心客户端的地址信息，可以传入 NULL。
• addrlen：一个指向整数的指针，指向 addr 结构体的长度。在调用 accept() 函数之前，必须将其初始化为 sockaddr 结构体的大小。

accept() 函数成功时返回一个新的文件描述符，代表了与客户端的连接。失败时返回 -1，并设置相应的错误码。常见的错误包括 EBADF（无效的文件描述符）、EFAULT（指针指向的地址不可访问）和 EINVAL(无效的参数）等。

连接到服务器（客户端）

发送和接收数据

关闭套接字

未完待续…