网络编程示例之socket编程

理解socket

套接字(socket)属于糟糕的翻译，因为它太生僻。“套接”生活中用得少，加个“字”，成了套接字。当你学了socket以后，你还是很难将名字与它的意思联系起来。香港翻译成：網路插座 感觉贴近一些

socket编程流程

socket编程就是套路，很多代码都是可重用的。而且步骤很固定，下面给出一个流程(事实上网络编程就是按照这个流程来的,希望大家能记住这个)。

函数顺序

大家只要牢记这一流程去操作,那么进行简单的单道程序设计是很简单的,也就是我们常说的一对一的服务器和客户端得关系。如果你想要创建一个服务器同时连接多个客户端的话就要去了解 多进程或者多线程了。但是这个效率并不是很高，这样一直开下去负担是很大的，所以就会有高并发。大家可以先学习函数顺序，多进程、高并发等概念等将来深入之后再回过来了解。

套接字函数

（一）创建套接字-socket()

应用程序在使用套接字前，首先必须拥有一个套接字，系统调用socket()向应用程序提供创建套接字的手段。

其调用格式如下：

SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol);

该调用要接收三个参数：af、type、protocol。参数af指定通信发生的区域：AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等，而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET，它是网际网区域。因此，地址族与协议族相同。参数type 描述要建立的套接字的类型。

这里分三种：

（1）一是TCP流式套接字(SOCK_STREAM)提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。内设流量控制，避免数据流超限；数据被看作是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即使用流式套接字。

（2）二是数据报式套接字(SOCK_DGRAM)提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。

（3）三是原始式套接字(SOCK_RAW)该接口允许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。

参数protocol说明该套接字使用的特定协议，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。根据这三个参数建立一个套接字，并将相应的资源分配给它，同时返回一个整型套接字号。因此，socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。

（二）指定本地地址-bind()

当一个套接字用socket()创建后，存在一个名字空间(地址族)，但它没有被命名。bind()将套接字地址（包括本地主机地址和本地端口地址）与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字，以指定本地半相关。

其调用格式如下：

int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

参数s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数name 是赋给套接字s的本地地址（名字），其长度可变，结构随通信域的不同而不同。namelen表明了name的长度。如果没有错误发生，bind()返回0。否则返回SOCKET_ERROR。

（三）建立套接字连接-connect()与accept()

这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立，其中connect()用于建立连接。accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。

（1）connect()的调用格式如下：

int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

参数s是欲建立连接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen说明。如果没有错误发生，connect()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中，该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中，并通过socket()调用与某个协议族相关。因此bind()和connect()无须协议作为参数。

（2）accept()的调用格式如下：

SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);

参数s为本地套接字描述符，在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针，用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度（字节数）。如果没有错误发生，accept()返回一个SOCKET类型的值，表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。

accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前，参数addr 指向一个初始值为空的地址结构，而addrlen 的初始值为0；调用accept()后，服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求，而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时，accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen，并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。

四个套接字系统调用，socket()、bind()、connect()、accept()，可以完成一个完全五元相关的建立。socket()指定五元组中的协议元，它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元，即本地主机地址和端口号，其用法与是否面向连接有关：在服务器方，无论是否面向连接，均要调用bind()，若采用面向连接，则可以不调用bind()，而通过connect()自动完成。若采用无连接，客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。

（四）监听连接-listen()

此调用用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用。

其调用格式如下：

int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号，服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求连接队列的最大长度，用于限制排队请求的个数，目前允许的最大值为5。如果没有错误发生，listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的连接，并建立长度为backlog的请求连接队列。

调用listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流套接字，且调用bind()给s赋于一个名字之后调用，而且一定要在accept()之前调用。

（五）数据传输-send()与recv()

当一个连接建立以后，就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。

（1）send()调用用于s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据。

格式如下：

int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);

参数s为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否发送带外数据等。如果没有错误发生，send()返回总共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。

（2）recv()调用用于s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式如下：

int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);

参数s 为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否接收带外数据等。如果没有错误发生，recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭，返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

（六）关闭套接字-close()

close()关闭套接字s，并释放分配给该套接字的资源；如果s涉及一个打开的TCP连接，则该连接被释放。

简单代码实现TCP协议的服务器

这段代码实现了一个简单的单线程TCP服务器，它可以接受客户端连接，并发送响应消息。当客户端连接时，服务器会接收客户端发送的消息，并向客户端发送"Hello, Client!"的响应消息。这是一个单线程服务器，只能处理一个客户端连接。

现在我们来逐步解释代码：

（一）包含了一些必要的头文件，包括stdio.h、stdlib.h、string.h、sys/socket.h、arpa/inet.h和unistd.h。这些头文件提供了与套接字、网络通信等相关的函数和数据结构。

（二）定义了一些常量，包括服务器的IP地址（SERVER_IP）、端口号（SERVER_PORT）以及接收数据的缓冲区大小（BUFFER_SIZE）。

（三）主函数main()开始执行，定义了一些变量：server_fd表示服务器套接字，clientSocket表示客户端套接字，serveraddr和clientaddr分别表示服务器和客户端的地址信息，clientaddrlen表示客户端地址信息的长度，buffer表示用于存储数据的缓冲区。

（四）创建客户端套接字：调用socket函数创建一个服务器端套接字，并检查返回值是否为-1。如果创建失败，程序打印出错信息，并使用exit(1)终止程序。

（五）设置服务器地址信息：将服务器地址结构体serveraddr的各个字段清零，然后设置地址族为IPv4(AF_INET)，端口号为SERVER_PORT，IP地址为INADDR_ANY，表示服务器可以监听任意网络接口上的连接。

（六）绑定套接字到指定地址和端口：调用bind函数将套接字绑定到指定的地址和端口，如果绑定失败，程序打印出错信息，并使用exit(1)终止程序。

（七）监听连接请求：调用listen函数开始监听连接请求，如果监听失败，程序打印出错信息，并使用exit(1)终止程序。服务器可以接受的等待连接的最大数量为5。

（八）打印服务器监听的端口号，表示服务器已经在该端口号上进行监听。

（九）接受客户端连接：调用accept函数接受客户端的连接请求。如果接受失败，程序打印出错信息，并使用exit(1)终止程序。

（十）打印客户端的IP地址，表示客户端已成功连接。

（十一）接收数据：使用recv函数接收客户端发送的数据，并将数据存储在buffer缓冲区中。如果接收失败，程序打印出错信息，并使用exit(1)终止程序。

（十二）打印接收到的客户端消息。

（十三）发送响应：使用send函数向客户端发送响应消息，即"Hello, Client!"。如果发送失败，程序打印出错信息，并使用exit(1)终止程序。

（十四）关闭套接字：调用close函数关闭客户端套接字和服务器套接字。

（十五）返回0，表示程序顺利执行结束。