using Socket in C++

先从底层说起，Socket是如何实现的？

图1，Linux下收包。可见Socket是由操作系统内核在MAC层——IP层——传输层上实现的。

真正从网卡(NIC)进来的数据是完整的MAC帧，底层用数据结构sk_buff 描述，最终进入接收缓冲区recv buffer，而我们应用层调用read / recv /recvfrom 从接收缓冲区拷贝数据到应用层提供的buffer，对一般的套接字，如SOCK_STREAM(TCP)， SOCK_DGRAM(UDP) 来说，此时缓冲区只有user data，其他各层的头部已经被去除，而对于SOCK_RAW 来说是IP head + IP payload，当然也可以是arp/rarp 包，甚至是完整的帧（加上MAC头）。

下面介绍Socket编程的基本步骤：

涉及到的数据结构：

Sockaddr地址的统一表示：

1. 地址家族号  short
2. 地址具体值   14字节

struct sockaddr_in {//用于TCP/IP家族的地址表示

        short   sin_family; //地址家族号，为扩展提供可能，一般取0，表示TCP/IP家族

        u_short sin_port;  //端口号

        struct  in_addr sin_addr; //存ip地址，具体见下图

        char    sin_zero[8]; //填充位，取8个0

};

Host Entry：可通过gethostbyname(char *)获取hostent*；

struct hostent{

char * h_name; //地址正式名称

char ** h_aliases; //别名数组

short h_addrtype; //地址类型，一般取AF_INET

short h_length; //地址长度(bit)

char ** h_addr_list; //IP列表,网络字节序

#define h_addr h_addr_list[0]; //第一个地址

};

点分十进制和无符号长整型互相转换

1. long inet_addr(char* ip)点分十进制转网络字节序
   
2. char* inet_ntoa(in_addr)网络字节序转点分十进制

方法介绍：

服务器端的sockaddr_in.sin_addr可以用IN_ADDRANY

创建socket的参数:

1. 协议簇的类型，即指定通信域现在为TCP/IP  PF-INET。
   
2. 传输层协议:SOCK_STREAM字节流(TCP)||SOCK_DGRAMA数据报文(UDP)
3. 网络层协议:一般为0指ip

• 创建后会自动绑定ip和随机端口号

Bind:

1. Socket描述符
2. 网络进程的地址信息，包括ip,port等
3. 地址信息这个结构体的长度

• 一定要注意，一般只在listen的服务器端口进行绑定。客户端和服务器并发新开的线程没有该过程，因为他们的交互是短暂的，用完就将资源交还给OS。服务器绑定是因为提供的服务是约定好的。
• 另外 绑定是包括ip的，这对多网卡服务器是有意义的。

Listen:成功返回1，失败小于0

1. Socket描述符
2. 等待队列的最大长度，最大20一般5-10

• 注意UDP方式则不需要提供该操作，因为是无连接的，接收方不需要等待。

• 服务器收到请求，队列不满，则放到缓冲队列，用accept调用。

Accept(默认阻塞):

1. 服务器端用于listen的Socket描述符，以提供服务器的地址信息
2. Sockaddr指针，所接收客户端的网络地址信息。是出参，只给定义即可
3. 上述地址的长度信息

• 如果连接成功，系统将返回一个新的套接字描述符int，该套接字此后专用于与该客户机的数据交换。但需要注意，这返回的仅仅是新建好的一个套接字描述符，应该建立线程处理用户的请求。
• Accept会有阻塞，缓冲队列取不到东西，则一直等待，使得主进程无法继续进行。而listen只是表示开始监听，指定哪个地方是接收请求的，缓冲队列长度，指定完就返回，不存在阻塞。

Connect(默认阻塞):

1. 客户机的socket标识符
2. 服务器的网络地址信息
3. 地址长度

Read/write/send/recv(均为默认阻塞)：

1. 自己的套接字标识符
2. 读写缓冲区指针
3. 缓冲区长度

Close:

• 关闭连接前应先终止连接

TCP通信，C++Code：

/*------------------------------------------* 程序：server.c* 目的： 分配一个套接字，然后反复执行如下几步：* （1） 等待客户的下一个连接* （2） 发送一个短消息给客户* （3） 关闭与客户的连接* （4） 转向（1）步* 命令行语法： server [ port ]* port – 服务器端监听套接字使用的协议端口号* 注意： 端口号可选。如果未指定端口号，服务器使用PROTOPORT中指定的缺省* 端口号*-----------------------------------------------*/ #include  <sys/types.h>#include  <sys/socket.h>#include  <netinet/in.h>#include  <netdb.h>#include  <stdio.h>#include  <string.h>#define  PROTOPORT  5188   /* 监听套接字的缺省协议端口号 */#define  QLEN  6          /* 监听套接字的请求队列大小 */int  visits = 0;                        /* 对于客户连接的计数*/ main(argc,argc)int  argc;char* argv[];{struct  hostent  *ptrh;          /* 指向主机列表中一个条目的指针 */struct  sockaddr_in  servaddr;   /* 存放服务器网络地址的结构 */struct  sockaddr_in  clientaddr;  /* 存放客户网络地址的结构 */int  listenfd;              /* 监听套接字描述符 */int  clientfd;              /* 响应套接字描述符 */int  port;                     /* 协议端口号 */int  alen;                     /* 地址长度 */char  buf[1000];          /* 供服务器发送字符串所用的缓冲区 */ /* 清空sockaddr结构 */memset( (char*)& servaddr, 0, sizeof(servaddr) );  servaddr.sin_family = AF_INET;   /* 设置为因特网协议族 */servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 设置本地IP地址 */ /* 检查命令行参数，若已指定，则使用该端口号，否则使用缺省端口号 */if (argc > 1){                port = atoi(argv[1]); /* 如果指定了端口号，就将它转换成整数 */} else {   port = PROTOPORT;       /* 否则，使用缺省端口号 */} /* 将本地地址绑定到监听套接字*/if ( bind( listenfd, (struct sockaddr *)& servaddr, sizeof(servaddr)) < 0) {fprintf(stderr, ”bind failed\n” );exit(1);} /* 开始监听，并指定监听套接字请求队列的长度 */if  (listen(listenfd, QLEN) < 0) {fprintf(stderr, ”listen filed\n” );exit(1);} /* 服务器主循环—接受和处理来自客户端的连接请求 */while(1) {    alen = sizeof(clientaddr);      /* 接受客户端连接请求，并生成响应套接字 */    if((clientfd = accept( listenfd, (struct sockaddr *)& clientaddr, &alen)) < 0 ) {         fprintf( stderr, “accept failed\n”);         exit(1);    }    visits++;                       /* 累加访问的客户数 */    sprintf( buf, “this server has been contacted  %d  time \n”, visits );    send(clientfd, buf, strlen(buf), 0 );  /* 向客户端发送信息 */    closesocket( clientfd );           /* 关闭响应套接字 */}} 

/*----------------------------------------------------* 程序： client.c* 目的： 创建一个套接字，通过网络连接一个服务器，并打印来自服务器的信息* 语法： client [ host [ port ] ]*             host - 运行服务器的计算机的名字*             port - 服务器监听套接字所用协议端口号* 注意：两个参数都是可选的。如果未指定主机名，客户使用localhost；如果未指定端口号， * 客户将使用PROTOPORT中给定的缺省协议端口号*----------------------------------------------------*/ #include <sys/types.h> /* 基本系统数据类型*/#include <sys/socket.h>/* UNIX下，套接字接口包含文件*/#include <netinet/in.h>/* Internet地址簇*/#include <arpa/inet.h>/* Internet定义*/#include <netdb.h> /* 网络数据库操作*/#include <stdio.h> /* 标准输入输出*/#include <string.h>  /* 字符串处理*/#define PROTOPORT  5188  /*缺省协议端口号*/extern int errno;char localhost = “localhost”;  /*缺省主机名*/ main(argc,argv)int argc;char *argv[];{struct  hostent  *ptrh;          /* 指向主机列表中一个条目的指针 */struct  sockaddr_in  servaddr;   /* 存放服务器端网络地址的结构 */intsockfd;                   /* 客户端的套接字描述符 */intport;                     /* 服务器端套接字协议端口号*/char*  host;                  /* 服务器主机名指针 */int  n;                       /* 读取的字符数 */char  buf[1000] ;              /* 缓冲区，接收服务器发来的数据 */ memset((char*)& servaddr,0,sizeof(servaddr));    /* 清空sockaddr结构 */servaddr.sin_family = AF_INET;     /* 设置为因特网协议族 */ /* 检查命令行参数，如果有，就抽取端口号。否则使用内定的缺省值*/if (argc>2){                port = atoi(argv[2]);   /* 如果指定了协议端口，就转换成整数 */}else {      port = PROTOPORT;   /* 否则，使用缺省端口号 */}if (port>0)  /* 如果端口号是合法的数值，就将它装入网络地址结构 */ servaddr.sin_port = htons((u_short)port);else{                       /* 否则，打印错误信息并退出*/fprintf(stderr,”bad port number %s\n”,argv[2]);exit(1);} /* 检查主机参数并指定主机名 */if(argc>1){host = argv[1];   /* 如果指定了主机名参数，就使用它 */}else{host = localhost;  /* 否则，使用缺省值 */} /* 将主机名转换成相应的IP地址并复制到servaddr 结构中 *//* 从服务器主机名得到相应的IP地址 */ptrh = gethostbyname( host );   if  ( (char *)ptrh == null ) {    /* 检查主机名的有效性，无效则退出 */     fprintf( stderr, ”invalid host: %s\n”, host );     exit(1);}memcpy(&servaddr.sin_addr, ptrh->h_addr, ptrh->h_length ); 
/* 创建一个套接字*/sockfd = SOCKET(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0) {     fprintf(stderr, ”socket creation failed\n” );     exit(1);}/* 请求连接到服务器 */if (connect( sockfd, (struct sockaddr *)& servaddr,     sizeof(servaddr)) < 0) {     fprintf( stderr,”connect failed\n” )；     /*拒绝连接，报错退出 */exit(1);} 
/* 从套接字反复读数据，并输出到用户屏幕上 */n = recv(sockfd , buf, sizeof( buf ), 0 );while ( n > 0) {    write(1,buf, n);    n = recv( sockfd , buf, sizeof( buf ), 0 );} /* 关闭套接字*/closesocket( sockfd ); /* 终止客户程序*/exit(0);} 
参考：http://blog.csdn.net/jnu_simba/article/details/12371127 《浅谈原始套接字》