C++ socket编程基础一(概念和常用API)

SOCKET一种进程通讯的方式,简言之就是调用这个网络库的一些API函数就能实现分布在不同主机的相关进程之间的数据交换.

 

·SOCKET几个定义概念

 

一、是IP地址:

IP Address我想很容易理解,就是依照TCP/IP协议分配给本地主机的网络地址,就向两个进程要通讯,任一进程要知道通讯对方的位置,位置如何来确定,就用对方的IP

二、是端口号:

用来标识本地通讯进程,方便OS提交数据.就是说进程指定了对方进程的网络IP,但这个IP只是用来标识进程所在的主机,如何来找到运行在这个主机的这个进程呢,就用端口号.

三、是连接:

指两个进程间的通讯链路.

四、是半相关：

网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程：（协议，本地地址，本地端口号）这样一个三元组，叫做一个半相关,它指定连接的每半部分。

五、是全相关：

    一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通信的一端用TCP协议，而另一端用UDP协议。因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标识：

    （协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号）

    这样一个五元组，叫做一个相关（association），即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的相关，或完全指定组成一连接。

 

六、客户/服务器模式

在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模 式（Client/Server model），即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。

客户/服务器模式的建立基于以下两点：

首先，建立网络的起因是网络中软 硬件资源、运算能力和信息不均等，需要共享，从而造就拥有众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用。

其次，网间进程通信完全是异步的，相互通信的进程间既不存在父子关系，又不共享内存缓冲区，因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步，这就是客户/服务器模式的TCP/IP。

 

    客户/服务器模式操作过程中采取的是主动请求方式：

 

    一、首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应服务：

    1. 打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一公认地址上（周知口，如FTP为21）接收客户请求；

    2. 等待客户请求到达该端口；

    3. 接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一新进程来处理这个客户请求（如UNIX系统中用fork、exec）。新进程处理此客户请求，并不需要对其它请求作出应答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通信链路，并终止。

    4. 返回第二步，等待另一客户请求。

    5. 关闭服务器

  二、客户方：

    1. 打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口；

    2. 向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求......

3. 请求结束后关闭通信通道并终止。

 

从上面所描述过程可知：

    1. 客户与服务器进程的作用是非对称的，因此编码不同。

    2. 服务进程一般是先于客户请求而启动的。只要系统运行，该服务进程一直存在，直到正常或强迫终止。

 

 

·API函数:

1、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:

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。

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。

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。

 

2、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 * nam e,  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。

 

3、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。无连接的套接字进程也可以调用connect()，但这时在进程之间没有实际的报文交换，调用将从本地操作系统直接返回。这样做的优点是程序员不必为每一数据指定目的地址，而且如果收到的一个数据报，其目的端口未与任何套接 字建立“连接”，便能判断该端靠纪纪可操作。而accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。

 

    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。

 

    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。

 

4、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。

 

5、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()调用用于钥纪纪数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。F

lags 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。

 

6、输入/输出多路复用──select()

select() 调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说，这个调用可以请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结 构指示。在返回时，此结构被更新，以反映那些满足特定条件的套接字的子集，同时， select()调用返回满足条件的套接字的数目，其调用格式如下：

 

    

int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);

 

       参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域，此变量一般被忽略。

       参数readfds指向要做读检测的套接字描述符集合的指针，调用者希望从中读取数据。

    参数writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。 

exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。

timeout指向select()函数等待的最大时间，如果设为NULL则为阻塞操 作。

select()返回包含在fd_set结构中已准备好的套接字描述符的总数目，或者是发生错误则返回SOCKET_ERROR。

7、关闭套接字──closesocket()

closesocket()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。closesocket()的调用格式如下：

 

   

BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);

 

        参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生，closesocket()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。

以下是实现一个简单的客户端服务端链接的例子：

server端：      #include <WINSOCK2.H>  #include <stdio.h>  #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  void main()  {   //创建套接字   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;   }   SOCKET serSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建了可识别套接字   //需要绑定的参数   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       //////////////////////////////////////////////////////////////////////////   //开始进行监听   //////////////////////////////////////////////////////////////////////////   SOCKADDR_IN clientsocket;   int len=sizeof(SOCKADDR);   while (1)   {    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    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   }  }              client端：         #include <WINSOCK2.H>  #include <stdio.h>  #pragma comment(lib,"ws2_32.lib")  void main()  {   int err;   WORD versionRequired;   WSADATA wsaData;   versionRequired=MAKEWORD(1,1);   err=WSAStartup(versionRequired,&wsaData);//协议库的版本信息   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;//结束   }   SOCKET clientSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);   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);   //bind(clientSocket,(SOCKADDR*)&clientsock_in,strlen(SOCKADDR));//注意第三个参数   //listen(clientSocket,5);   connect(clientSocket,(SOCKADDR*)&clientsock_in,sizeof(SOCKADDR));//开始连接   char receiveBuf[100];   recv(clientSocket,receiveBuf,101,0);   printf("%s\n",receiveBuf);   send(clientSocket,"hello,this is client",strlen("hello,this is client")+1,0);   closesocket(clientSocket);   WSACleanup();  }