C++ Socket 入门

Socket 入门

前置知识：计算机网络基础（TCP/IP四层模型）

Socket 原意是“插座”，在计算机通信领域被翻译为“套接字”，以\(\{IP：Port\}\) 的形式表示。

Windows 与Linux 的Socket编程有一些小的区别，由于Unix系统中一切都是文件，网络连接也不例外，只要网络联通，一切的操作都是在操作文件，每个文件都会有一个文件描述符。与之相对应的，Windows下面的文件描述符就是句柄，利用句柄来操作Socket。本文总结了Windows的Socket编程

最常用的Socket主要是两种：

流式套接字(TCP) : SOCK_STREAM
1. 数据在传输时不会丢失（可靠的）
2. 数据按照顺序传输（先发送的先到达，后发送的后到达）
3. 数据的发送和接受不是同步的（TCP以字节流的形式发送的特性）
数据包格式套接字(UDP) : SOCK_DGRAM
1. 强调速度快而非顺序
2. 传输的信息可能丢包也能损毁
3. 限制每次传输的大小
4. 数据的发送和接受是同步的

以上两种套接字的特性可以参考TCP协议与UDP协议

使用Socket通信的步骤

Server

socket() 创建套接字
bind() 套接字与\(\{IP:Port\}\) 进行绑定
listen() 监听
accept() 接受链接请求
recv() 接受消息
close() 关闭套接字

Client

socket() 创建套接字
connect() 向服务器发起连接
send() 向服务器发送消息
close() 关闭套接字

创建socket之前需要掌握的知识

动态库的加载

Windows 下的 socket 程序依赖 Winsock.dll 或 ws2_32.dll，必须提前加载。

#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")

动态库的初始化

在使用Socket依赖的DDL之前，要先对其初始化，所用的函数是WSAStartup()，含义是\(Windows~Socket~API~Start~Up\)，要用该函数来指明WinSock的版本。

int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

WORD 表示是一个字，两个字节16bit。wVersionRequested参数表示WinSock的版本号，我们可以用宏函数MAKEWORD 直接转换传入参数(版本号一般是最新的2.2)。

WSADATA 结构体存放有关动态库的信息，在函数执行完之后，会将信息放入到 lpWSAData 中

LP 表示指针 long point

综上，以下两行代码即可实现动态库的初始化：

WSADATA wsaData;
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

创建套接字

Windows 下使用socket函数来创建套接字，返回SOCKET类型句柄

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

af 地址族（Address Family）
AF_INET,AF_INET6分别表示IPv4和IPv6，除了AF，也可以用PF(Protocol Family)，BF_INET,BF_INET6
type 套接字类型: SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM。流式套接字以及数据包式套接字
protocol 传输协议：IPPROTO_TCP, IPPROTO_UDP

Example:

SOCKET servSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

第三个参数一般可以是0，前提是前面两个参数可以自行推断出第三个参数

绑定套接字 & 客户端与服务端连接

socket() 可以用来创建套接字，服务器要将套接字与\(\{IP:Port\}\) 进行绑定，之后，流经该指定IP的端口数据将由套接字处理。

int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);

sock 为SOCKET句柄，addr 为 sockaddr 结构体指针变量，addrlen 为 addr 变量大小，可以用 sizeof 运算符计算得到。

这里有一个重要的结构体 sockaddr, 该结构体内保存着IP地址类型以及地址和端口信息。由于不同的IP地址(IPv4 or IPv6)，长度并不相同，为了方便传入地址信息，需要利用另外两个结构体。

Example：bind

// sockaddr_in 结构体用来存放地址信息
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，由于127.0.0.1并不好存储，所以需要inet_addr进行转换
sockAddr.sin_port = htons(1234);  //端口，需要用htons函数转换

// 将sockaddr_in* 类型强制转换为SOCKADDR* 类型
bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));

上面的例子与IPv4的地址进行绑定，如果使用IPv6地址，需要将sockaddr_in 结构体换为：sockaddr_in6

sockAddr.sin_addr.s_addr 保存了IP地址，为什么不直接存在sin_addr里面，而要把s_addr装在sin_addr结构体里面？大概是历史的原因

至此，服务端将socket与\(\{IP:Port\}\) 绑定成功，客户端可以通过connect 函数向服务端发起连接请求

int connect(SOCKET sock, const struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

Example: connect

//向服务器发起请求
sockaddr_in sockAddr;

memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  
sockAddr.sin_family = AF_INET;
sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
sockAddr.sin_port = htons(1234);

connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));

接听与响应

服务端使用 listen 函数使套接字进入监听状态，在调用accept函数，以便随时响应连接请求

int listen(SOCKET sock, int backlog);
SOCKET accept(SOCKET sock, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

backlog 为请求队列的长度，套接字处理客户端请求时，新的请求要放入到缓存队列中，该参数限制了队列的长度，如果设置为 SOMAXCONN ,则交给系统决定该长度

注意：listen() 只是让套接字处于监听状态，并没有接收请求。接收请求需要使用 accept() 函数。

accept 函数中的addr保存了客户端的IP和端口信息

Example: listen & accept

//进入监听状态
listen(servSock, 20);

//接收客户端请求
SOCKADDR clntAddr;
int nSize = sizeof(SOCKADDR);
SOCKET clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);

数据的接受与发送

!!! 终于到了有趣的地方了，前面所做的一切都是为了现在

发送数据使用:

int send(SOCKET sock, const char *buf, int len, int flags);

接受数据使用:

int recv(SOCKET sock, char *buf, int len, int flags);

这两个函数很简单，参数一目了然（最后的flags先不必管），buf表示要发送的字符串信息，len表示其长度。sock表示对方的socket句柄

服务器在accept到客户端的请求后，会获取到客户端的socket句柄，所以如果在服务器端向客户端发送数据或者接收数据就用该句柄

客户端在connect之前，创建的socket正是服务器的\(\{IP:Port\}\)，利用该SOCKET句柄向服务器发送数据或者接收数据

实现回声客户端

Server端:

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll
#define BUF_SIZE 100

int main() {

    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

    //创建套接字
    SOCKET servSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    //绑定套接字
    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

    bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));

    //进入监听状态
    listen(servSock, 20);

    //接收客户端请求
    SOCKADDR clntAddr;
    int nSize = sizeof(SOCKADDR);
    SOCKET clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);

    while (true) {
        char buffer[BUF_SIZE];
        int strLen = recv(clntSock, buffer, BUF_SIZE, 0);
        buffer[strLen] = '\0';
        if (strcmp(buffer, "quit") == 0) break;
        send(clntSock, buffer, strLen, 0);
    }

    //关闭套接字
    closesocket(clntSock);
    closesocket(servSock);
    //终止 DLL 的使用
    WSACleanup();
    return 0;
}

Client 端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll

#define BUF_SIZE 100

int main() {
    //初始化DLL    Windows Socket API DATA
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);


    //创建套接字
    SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    //向服务器发起请求
    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);
    connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));

    while (true) {
        char bufSend[BUF_SIZE] = { 0 };
        printf("Input a string: ");
        scanf("%s", bufSend);
        send(sock, bufSend, strlen(bufSend), 0);
        if (strcmp(bufSend, "quit") == 0) {
            break;
        }
        char bufRecv[BUF_SIZE] = { 0 };
        recv(sock, bufRecv, BUF_SIZE, 0);

        //输出接收到的数据
        printf("Message form server: %s\n", bufRecv);
    }

    //关闭套接字
    closesocket(sock);

    //终止使用 DLL 
    WSACleanup();

    system("pause");
    return 0;
}

参考资料：http://c.biancheng.net/socket/

posted @ 2020-04-05 21:45 kpole 阅读(790) 评论(0) 编辑收藏举报

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