socket通信原理与实现
来源:互联网 发布:网络棋牌游戏赚钱吗 编辑:程序博客网 时间:2024/06/03 13:46
socket的基本操作
①socket()函数
②bind()函数
③listen()、connect()函数
④accept()函数
⑤read()、write()函数等
⑥close()函数
1、socket()函数
SOCKET(2) Linux Programmer’s Manual SOCKET(2)
NAME
socket - create an endpoint for communication
SYNOPSIS
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
- domain:即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(或称AF_UNIX,Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
- type:指定socket类型。常用的socket类型有,SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等。
- protocol:故名思意,就是指定协议。常用的协议有,IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等,它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。
注意:并不是上面的type和protocol可以随意组合的,如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时,会自动选择type类型对应的默认协议
当我们调用socket创建一个socket时,返回的socket描述字它存在于协议族(address family,AF_XXX)空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。
2、bind()函数
正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。
NAME
bind - bind a name to a socket
SYNOPSIS
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen_t addrlen);
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数分别为:
- sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
- addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同,如ipv4对应的是: ipv6对应的是:
struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ struct in_addr sin_addr; /* internet address */};/* Internet address. */struct in_addr { uint32_t s_addr; /* address in network byte order */};
Unix域对应的是:struct sockaddr_in6 { sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */ in_port_t sin6_port; /* port number */ uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */ uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ };struct in6_addr { unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */ };
#define UNIX_PATH_MAX 108struct sockaddr_un { sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */ char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */ };
- addrlen:对应的是地址的长度。
通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号),用于提供服务,客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定,有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。
网络字节序与主机字节序
主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式:不同的CPU有不同的字节序类型,这些字节序是指整数在内存中保存的顺序,这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下:
a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序:4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。字节序,顾名思义字节的顺序,就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序,一个字节的数据没有顺序的问题了。
所以:在将一个地址绑定到socket的时候,请先将主机字节序转换成为网络字节序,而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。务必将其转化为网络字节序再赋给socket。
下面是本机字节顺序跟网络字节顺序相互转化的函数
NAME
htonl, htons, ntohl, ntohs - convert values between host and network
byte order
SYNOPSIS
#include <arpa/inet.h>
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);h---host 本地主机
to 就是to 了
n ---net 网络的意思
l 是 unsigned long
这里还有一个ine_addr()函数
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
inet_addr的功能是将一个点分十进制的IP地址转换成一个整数
3、listen()、connect()函数
如果作为一个服务器,在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求。
int listen(int sockfd, int backlog);int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字,第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。
connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字,第二参数为服务器的socket地址,第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
4、accept()函数
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。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字,第二个参数为指向struct sockaddr *的指针,用于返回客户端的协议地址,第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功,那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字,代表与返回客户的TCP连接。
注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。
5、read()、write()函数
万事具备只欠东风,至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了,即实现了网络中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:
- read()/write()
- recv()/send()
- readv()/writev()
- recvmsg()/sendmsg()
- recvfrom()/sendto()
我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数,这两个函数是最通用的I/O函数,实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下:
#include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags); ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了,小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的,如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。
write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1,并设置errno变量。 在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0,此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。
其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了,具体参见man文档或者baidu、Google,下面的例子中将使用到send/recv。
6、close()函数
在服务器与客户端建立连接之后,会进行一些读写操作,完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字,好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。
#include <unistd.h>int close(int fd);
close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭,然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用,也就是说不能再作为read或write的第一个参数。
注意:close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1,只有当引用计数为0的时候,才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。
socket中TCP的三次握手建立连接
我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:
- 客户端向服务器发送一个SYN J
- 服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1
- 客户端再想服务器发一个确认ACK K+1
只有就完了三次握手,但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:
图1、socket中发送的TCP三次握手
从图中可以看出,当客户端调用connect时,触发了连接请求,向服务器发送了SYN J包,这时connect进入阻塞状态;服务器监听到连接请求,即收到SYN J包,调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ,ACK J+1,这时accept进入阻塞状态;客户端收到服务器的SYN K ,ACK J+1之后,这时connect返回,并对SYN K进行确认;服务器收到ACK K+1时,accept返回,至此三次握手完毕,连接建立。
总结:客户端的connect在三次握手的第二个次返回,而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。
socket中TCP的四次握手释放连接
上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程,及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程,请看下图:
图2、socket中发送的TCP四次握手
图示过程如下:
- 某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;
- 另一端接收到FIN M之后,执行被动关闭,对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程,因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;
- 一段时间之后,接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N;
- 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。
这样每个方向上都有一个FIN和ACK。
6.下面给出实现的一个实例
首先,先给出实现的截图
服务器端代码如下:
- #include "InitSock.h"
- #include <stdio.h>
- #include <iostream>
- using namespace std;
- CInitSock initSock; // 初始化Winsock库
- int main()
- {
- // 创建套节字
- SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
- //用来指定套接字使用的地址格式,通常使用AF_INET
- //指定套接字的类型,若是SOCK_DGRAM,则用的是udp不可靠传输
- //配合type参数使用,指定使用的协议类型(当指定套接字类型后,可以设置为0,因为默认为UDP或TCP)
- if(sListen == INVALID_SOCKET)
- {
- printf("Failed socket() \n");
- return 0;
- }
- // 填充sockaddr_in结构 ,是个结构体
- /* struct sockaddr_in {
- short sin_family; //地址族(指定地址格式) ,设为AF_INET
- u_short sin_port; //端口号
- struct in_addr sin_addr; //IP地址
- char sin_zero[8]; //空子节,设为空
- } */
- sockaddr_in sin;
- sin.sin_family = AF_INET;
- sin.sin_port = htons(4567); //1024 ~ 49151:普通用户注册的端口号
- sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
- // 绑定这个套节字到一个本地地址
- if(::bind(sListen, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
- {
- printf("Failed bind() \n");
- return 0;
- }
- // 进入监听模式
- //2指的是,监听队列中允许保持的尚未处理的最大连接数
- if(::listen(sListen, 2) == SOCKET_ERROR)
- {
- printf("Failed listen() \n");
- return 0;
- }
- // 循环接受客户的连接请求
- sockaddr_in remoteAddr;
- int nAddrLen = sizeof(remoteAddr);
- SOCKET sClient = 0;
- char szText[] = " TCP Server Demo! \r\n";
- while(sClient==0)
- {
- // 接受一个新连接
- //((SOCKADDR*)&remoteAddr)一个指向sockaddr_in结构的指针,用于获取对方地址
- sClient = ::accept(sListen, (SOCKADDR*)&remoteAddr, &nAddrLen);
- if(sClient == INVALID_SOCKET)
- {
- printf("Failed accept()");
- }
- printf("接受到一个连接:%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));
- continue ;
- }
- while(TRUE)
- {
- // 向客户端发送数据
- gets(szText) ;
- ::send(sClient, szText, strlen(szText), 0);
- // 从客户端接收数据
- char buff[256] ;
- int nRecv = ::recv(sClient, buff, 256, 0);
- if(nRecv > 0)
- {
- buff[nRecv] = '\0';
- printf(" 接收到数据:%s\n", buff);
- }
- }
- // 关闭同客户端的连接
- ::closesocket(sClient);
- // 关闭监听套节字
- ::closesocket(sListen);
- return 0;
- }
客户端代码:
- #include "InitSock.h"
- #include <stdio.h>
- #include <iostream>
- using namespace std;
- CInitSock initSock; // 初始化Winsock库
- int main()
- {
- // 创建套节字
- SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
- if(s == INVALID_SOCKET)
- {
- printf(" Failed socket() \n");
- return 0;
- }
- // 也可以在这里调用bind函数绑定一个本地地址
- // 否则系统将会自动安排
- // 填写远程地址信息
- sockaddr_in servAddr;
- servAddr.sin_family = AF_INET;
- servAddr.sin_port = htons(4567);
- // 注意,这里要填写服务器程序(TCPServer程序)所在机器的IP地址
- // 如果你的计算机没有联网,直接使用127.0.0.1即可
- servAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
- if(::connect(s, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
- {
- printf(" Failed connect() \n");
- return 0;
- }
- char buff[256];
- char szText[256] ;
- while(TRUE)
- {
- //从服务器端接收数据
- int nRecv = ::recv(s, buff, 256, 0);
- if(nRecv > 0)
- {
- buff[nRecv] = '\0';
- printf("接收到数据:%s\n", buff);
- }
- // 向服务器端发送数据
- gets(szText) ;
- szText[255] = '\0';
- ::send(s, szText, strlen(szText), 0) ;
- }
- // 关闭套节字
- ::closesocket(s);
- return 0;
- }
封装的InitSock.h
- #include <winsock2.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <conio.h>
- #include <stdio.h>
- #pragma comment(lib, "WS2_32") // 链接到WS2_32.lib
- class CInitSock
- {
- public:
- CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2)
- {
- // 初始化WS2_32.dll
- WSADATA wsaData;
- WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);
- if(::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
- {
- exit(0);
- }
- }
- ~CInitSock()
- {
- ::WSACleanup();
- }
- };
- socket通信原理与实现
- socket通信原理以及实现
- 利用Socket原理Java实现双方通信
- androdi与服务器Socket通信原理
- 客户端与服务端Socket通信原理详解
- P2P通信原理与实现
- 利用Socket实现C++与Flex通信
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- Socket 通信实现 Flash 与Java连接
- 利用Socket实现C++与Flex通信
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- BufferReader与BufferWriter实现socket通信注意事项
- socket实现服务器与客户端通信
- C# winform实现与linux socket通信
- Socket TCP通信简单实现与文件传输
- Socket实现服务端与客户端通信
- socket通信原理
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- Error:Error: Could not create the Java Error: A fatal exception has occurred. Program will exit.
- web前段技术框架总结
- Project Euler Problem 10: Summation of primes
- Promise , fetch Api ,blueBird,Q,When
- 有哪些方法可以随机生成一个整数,以及如果取得的一个随机数是负数的话,获得的整数是怎么样的?
- socket通信原理与实现
- POJ 3666 Making the Grade dp + 离散化
- wxpthon 控件编程
- Ajax和jQuery
- Java中的volatile关键字
- 获取系统信息
- 简单写写二叉树的添加功能,中序遍历,最小值和查询功能
- 02-算法的乐趣-阿拉伯数字与中文数字转换算法
- OJ HDU_2502_月之数