C/C++ socket编程学习笔记

概念引入

socket 是“套接字”的意思，是计算机之间进行通信的一种约定，也可以认为是一种技术。学习 socket，就是学习计算机之间如何通信，并能够用编程语言开发出实用的程序。

同时学习Linux和Windows的原因——大多数项目是在Linux下开发服务器端，而在Windows下开发客户端，需要经常在两大平台之间进行切换，单独学习一种平台没有实践意义。

网络编程就是编写程序使两台联网的计算机相互交换数据。

socket是什么意思

在计算机通信领域，socket 被翻译为“套接字”，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。

socket 的典型应用就是 Web 服务器和浏览器：浏览器获取用户输入的URL，向服务器发起请求，服务器分析接收到的URL，将对应的网页内容返回给浏览器，浏览器再经过解析和渲染，就将文字、图片、视频等元素呈现给用户。

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WEB服务器： 就是指网站服务器。简单的说.就是用来放网站数据的服务器。一个网站上面所有的文字、图片等统称为数据.这些数据并不是凭空的出现在网络中的。而是在后台有一个服务器支撑.当用户访问网站时.其实是通过网络向服务器发送了一个请求。服务器再将用户请求的页面反馈到用户这里。这个时候用户才可以看到网站精美的界面。而WEB器就是这个在后台提供数据服务的服务器。

那什么是服务器呢？

• 百度百科：局域网中，一种运行管理软件以控制对网络或网络资源（磁盘驱动器、打印机等）进行访问的计算机，并能够为在网络上的计算机提供资源使其犹如工作站那样地进行操作。
• 通俗理解：服务器其实就是网络环境中的高性能计算机（可以想成是一台式机），同样有硬盘、主板、cpu等基本硬件，只是他不同于我们普通计算机，他存储海量数据，并能高速度运算，承受高数量的并发访问（就是好多人同一时间访问，他能将数据一同发向每一个访问的客户），这些数据呢你可以想成是水分子，不难想象，当同一时间访问的客户多了，自然单位时间ms内发送水分子就多，那么需要承载这些水分子的渠道就要随着增宽，否则的话就会造成堵塞，然后访问服务器的这些客户的网页就会出现“卡”的现象，所以为了保证客户访问服务器不会出现的堵塞的现象，那么我们需要的“水渠”就是宽带就要足够宽。那么像咱们一般的机房宽带呢是达不到那么大。 另外，服务器高速运转，散热，辐射等方面都非普通计算机能比，所以为了更有利于服务器的“生存”，就要选择更适合服务器的生存环境来放置服务器，故而就出现了服务器的托管，

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学习 socket，也就是学习计算机之间如何通信，并编写出实用的程序。

IP地址（IP Address）

计算机分布在世界各地，要想和它们通信，必须要知道确切的位置。确定计算机位置的方式有多种，IP 地址是最常用的，例如，114.114.114.114 是国内第一个、全球第三个开放的 DNS 服务地址，127.0.0.1 是本机地址。

其实，我们的计算机并不知道 IP 地址对应的地理位置，当要通信时，只是将 IP 地址封装到要发送的数据包中，交给路由器去处理。路由器有非常智能和高效的算法，很快就会找到目标计算机，并将数据包传递给它，完成一次单向通信。

目前大部分软件使用 IPv4 地址，但 IPv6 也正在被人们接受，尤其是在教育网中，已经大量使用。

端口（Port）

有了 IP 地址，虽然可以找到目标计算机，但仍然不能进行通信。一台计算机可以同时提供多种网络服务，例如Web服务、FTP服务（文件传输服务）、SMTP服务（邮箱服务）等，仅有 IP 地址，计算机虽然可以正确接收到数据包，但是却不知道要将数据包交给哪个网络程序来处理，所以通信失败。

为了区分不同的网络程序，计算机会为每个网络程序分配一个独一无二的端口号（Port Number），例如，Web服务的端口号是 80，FTP 服务的端口号是 21，SMTP 服务的端口号是 25。

端口（Port）是一个虚拟的、逻辑上的概念。可以将端口理解为一道门，数据通过这道门流入流出，每道门有不同的编号，就是端口号。如下图所示：

协议（Protocol）

协议（Protocol）就是网络通信的约定，通信的双方必须都遵守才能正常收发数据。协议有很多种，例如 TCP、UDP、IP 等，通信的双方必须使用同一协议才能通信。协议是一种规范，由计算机组织制定，规定了很多细节，例如，如何建立连接，如何相互识别等。
协议仅仅是一种规范，必须由计算机软件来实现。例如 IP 协议规定了如何找到目标计算机，那么各个开发商在开发自己的软件时就必须遵守该协议，不能另起炉灶。
所谓协议族（Protocol Family），就是一组协议（多个协议）的统称。最常用的是 TCP/IP 协议族，它包含了 TCP、IP、UDP、Telnet、FTP、SMTP 等上百个互为关联的协议，由于 TCP、IP 是两种常用的底层协议，所以把它们统称为 TCP/IP 协议族。

数据传输方式

计算机之间有很多数据传输方式，各有优缺点，常用的有两种：SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM。

1) SOCK_STREAM 表示面向连接的数据传输方式。数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送，但效率相对较慢。常见的 http 协议就使用 SOCK_STREAM 传输数据，因为要确保数据的正确性，否则网页不能正常解析。

2) SOCK_DGRAM 表示无连接的数据传输方式。计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。因为 SOCK_DGRAM 所做的校验工作少，所以效率比 SOCK_STREAM 高。

QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 传输数据，因为首先要保证通信的效率，尽量减小延迟，而数据的正确性是次要的，即使丢失很小的一部分数据，视频和音频也可以正常解析，最多出现噪点或杂音，不会对通信质量有实质的影响。

注意：SOCK_DGRAM 没有想象中的糟糕，不会频繁的丢失数据，数据错误只是小概率事件。

有可能多种协议使用同一种数据传输方式，所以在 socket 编程中，需要同时指明数据传输方式和协议。

综上所述：IP地址和端口能够在广袤的互联网中定位到要通信的程序，协议和数据传输方式规定了如何传输数据，有了这些，两台计算机就可以通信了。

一个简单的Windows下的socket程序

先编译运行服务端Server.exe，然后再编译运行客户端Client.exe

//服务端server.c#include <stdio.h>#include <winsock2.h>#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dllint main(int argc, char *argv[]){    //初始化 DLL    WSADATA wsaData;    WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);    //创建套接字    SOCKET servSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);    if(servSock == INVALID_SOCKET)    {        printf("Failed socket().\n");        WSACleanup();        return 0;    }    //绑定套接字    struct sockaddr_in sockAddr;    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每个字节都用0填充    sockAddr.sin_family = PF_INET;  //使用IPv4地址    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址    sockAddr.sin_port = htons(1234);  //端口    if(bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR)) == SOCKET_ERROR)    {        printf("Failed bind().\n");        WSACleanup();        return 0;    }    //进入监听状态    listen(servSock, 20);    //循环接收客户端请求    int nSize = sizeof(SOCKADDR);    char *str = "Hello, I come from Mars.\n";    SOCKADDR clntAddr;    SOCKET clntSock;    for(;;)    {        clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);        if(clntSock == INVALID_SOCKET)        {            printf("Failed accept().\n");            continue;        }        //向客户端发送数据         send(clntSock, str, strlen(str)+sizeof(char), 0);     }    //关闭套接字    closesocket(clntSock);    closesocket(servSock);    //终止 DLL 的使用    WSACleanup();    return 0;}

//客户端Client.c#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <winsock2.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main(int argc, char *agrv[]){    //初始化DLL    WSADATA wsaData;    WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData);    //创建套接字    SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);    if(sock == INVALID_SOCKET)    {        printf("Failed socket().\n");        WSACleanup();        return 0;    }    //向服务器发起请求    struct sockaddr_in sockAddr;    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr)); //每个字节都用0填充    sockAddr.sin_family = PF_INET;    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");    sockAddr.sin_port = htons(1234);    if(connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR)) == -1)    {        printf("Failed connect().\n");        WSACleanup();        return 0;    }    //接收服务器传回的数据    char szBuffer[MAXBYTE] = {0};    int nRecv = recv(sock, szBuffer, MAXBYTE, 0);    if(nRecv > 0)    {        szBuffer[nRecv] = '\0';        //输出接收到的数据        printf("Message from server: %s\n", szBuffer);    }    //关闭套接字    closesocket(sock);    //终止使用DLL    WSACleanup();    printf("\nPress Enter to exit.\n");    getchar();    return 0; }