iOS-----使用CFNetwork实现TCP协议的通信

使用CFNetwork实现TCP协议的通信   

TCP/IP通信协议是一种可靠的网络协议,它在通信的两端各建立一个通信接口,从而在通信的两端之间形成网络虚拟链路.一旦建立了虚拟的网络链路,两端的程序就可以通过虚拟链路进行通信.CFNetwork对基于TCP协议的网络通信提供了良好的封装,CFNetwork使用CFSocket来代表两端的通信接口,还可以通过CFStream读/写数据.

IP地址与端口号

IP地址用于唯一地标识网络中的一个通信实体,这个通信实体既可以是一台主机,也可以是一台打印机,或者是路由器的某一个端口.在基于IP协议的网络中传输的数据包,都必须使用IP地址来进行标识.

   IP地址是数字型的,是一个32位(32Bit)整数,通常把它分成4个8位的二进制数,每8为之间用圆点隔开,每个8位整数可以转换成一个0-255的十进制整数,因此看到的IP地址常常是这样的形式:198.162.8.10.

   NIC(Internet Network Information Center)统一负责全球Internet IP地址的规划、管理，而Inter NIC、APNIC、RIPE三大网络信息中心具体负责美国及其他地区的IP地址分配。其中APNIC负责亚太地区的IP管理，我国申请IP地址也要通过APNIC，APNIC的总部设在日本东京大学。

  IP地址被分成了A、B、C、D、E五类，每个类别的网络标识和主机标识各有规则。

1. A类：10.0.0.0~10.255.255.255
2. B类：172.16.0.0~172.31.255.255
3. C类：192.168.0.0~192.168.255.255

IP地址用于唯一地标识网络上的一个通信实体,但一个通信实体可以有多个通信程序同时提供网络服务,此时还需要使用端口.

端口是一个16位的整数,用于标识数据交给那个通信程序处理.因此,端口就是应用程序与外界交流的出入口,它是一种抽象的软件结构,包括一些数据结构和I/O(基本输入/输出)缓冲区.

不同的应用程序处理不同端口上的数据,同一台机器上不能有两个程序使用同一个端口,端口号可以从0到65535,通常将它分为3类.

1. 公认端口(Well Know Ports):从0到1023,它们紧密绑定(Binding)一些特定的服务.
2. 注册端口(Registered Ports):从1024到49151，它们松散地绑定一些服务。应用程序通常使用这个范围内的端口。
3. 动态和/或私有端口（Dynamic and/or Private Ports）：从49152到65535，这些端口是应用程序使用的动态端口，应用程序一般不会主动使用这些端口。      

TCP协议基础

IP协议是 Internet 上使用的一个关键协议,它是全称是 Internet Protocol, 即Internet协议,通常简称 IP 协议.通过使用 IP协议,使 Internet 成为一个允许连接不同类型的计算机和不同操作系统的网络.

要使两台计算机之间彼此进行通信,必须使两台计算机使用同一种”语言”,IP 协议只保证计算机能发送和接收分组数据. IP协议负责将消息从一个主机传送到另一个主机,消息在传送的过程中被分割成一个个小包.

安装 IP 协议之后,可保证计算机之间发送和接收数据,但 IP协议还不能解决数据分组在传输过程中可能出现的问题.因此,若要解决可能出现的问题,连接上 Internet 的计算机还需要安装 TCP 协议来提供可靠并且无差错的通信服务.

TCP协议被称作一种端对端协议.这是因为它为两台计算机之间的连接起到了重要作用-----当一台计算机需要与另一台远程计算机连接时, TCP 协议会让它们建立一个连接:用于发送和接收数据的虚拟链路.

TCP 协议负责收集这些信息包,并将其按适当的次序放好传送,在接收端收到后再将其正确地还原. TCP协议保证了数据包在传送中准备无误. TCP 协议使用重发机制:当一个通信实体发送一个消息给另一个通信实体后,需要收到另一个通信实体的确认信息,如果没有收到另一个通信实体的确认信息,则会再次重发刚才发送的信息.

通过这种重发机制, TCP协议向应用程序提供可靠的通信连接,使它能够自动适应网上的各种变化.即使在 Internet 暂时出现堵塞的情况下, TCP也能够保证通信的可靠性.

使用 CFSocket 实现 TCP服务器端

使用CFSocket建立服务器的步骤如下.

1

创建一个监听Socket Accept(Socket连接)的CFSocket,并为kCFSocketAcceptCallBack事件绑定回调函数.

2

调用CFSocketSetAddress()函数,将服务器端的CFSocket绑定到本地IP地址和端口

3

将CFSocket作为source添加到指定线程的CFRunLoop上,并运行该线程的CFRunLoop,从而保证该CFSocket能持续不断地接受来自客户端的连接.

代码片段

#import <sys/socket.h>

#import <arpa/inet.h>

#import<Foundation/Foundation.h>

// 读取数据的回调函数

void readStream（CFReadStreamRef  iStream, CFStreamEventType eventType, void *clientCallBackInfo）

{

  UInt 8 buff[2048];

  CFIndex hasRead = CFReadStreamRead(iStream, buff, 2048);

  if(hasRead > 0)

  {

// 强制只处理hasRead前面的数据

buff[hasRead]=’\0’;

printf(“接收到数据: %s\n”, buff);

}

}

// 有客户端连接进来的回调函数

void TCPServerAcceptCallBack(CFSocketRef  socket, CFSocketCallBackType type, CFDataRef  address, const void *data, void *info )

{

  // 如果有客户端Socket连接进来

  if(kCFSocketAcceptCallBack == type)

  {

// 获取本地Socket的Handle

CFSocketNativeHandle  nativeSocketHandle = *(CFSocketNativeHandle*)data;

uint8_t name[SOCk_MAXADDRLEN];

socklen_t  nameLen = sizeof(name);

// 获取对方Socket信息，还有getsocketname()函数则用于获取本程序所在Socket信息

if(getpeername(nativeSocketHandle, (struct sockaddr *)name, &nameLen) != 0)

{

  NSLog(@”error”);

  exit(1);

}

// 获取连接信息

struct sockeaddr_in * addr_in = (struct socketaddr_in*) name;

NSLog(@”%s: %d 连接进来了”,  inet_ntoa(addr_in->sin_addr)

,  addr_in->sin_port);

CFReadStreamRef  iStream;

CFWriteStreamRef  oStream;

// 创建一组可读/写的CFStream

CFStreamCreatePairWithSocket(kCFAllocatorDefault , nativeSocketHandle, &iStream, &oStream);

if(iStream && oStream)

{

   // 打开输入流和输入流

   CFReadStreamOpen(iStream);

   CFWriteStreamOpen(oStream);

   CFStreamClientContext streamContext = {0, NULL, NULL, NULL};

   if(!CFReadStreamSetClient(iStream, kCFStreamEventHasBytesAvailable,

readStream/*回调函数,当有可读的数据时调用*/, &streamContext))

{

exit(1);

}

CFReadStreamScheduleWithRunLoop(iStream,  CFRunLoopGetCurrent(),

kC FRunLoopCommonModes);

const char* str = “您好,您收到Mac服务器的新年祝福!\n”;

// 向客户端输出数据

CFWriteStreamWrite(oStream, (UInt8 *)str, strlen(str) + 1);

}

}

}

int main(int argc, char * argv[])

{

  @autoreleasepool{

   // 创建Socket，指定TCPServerAcceptCallBack

   // 作为kCFSocketAcceptCallBack事件的监听函数

   CFSocketRef _socket = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault

, PF_INEF // 指定协议族，如果该参数为0或者负数，则默认为PF_INEF

// 指定Socket类型，如果协议族为PF_INEF,且该参数为0或负数

  // 则它会默认为SOCK_STREAM，如果要使用UDP协议，则该参数指定为SOCK_DGRAM

, SOCK_STREAM

 // 指定通信协议。如果前一个参数为SOCK_STREAM,则默认使用TCP协议

 // 如果前一个参数为SOCK_DGRAM，则默认使用UDP协议

,IPPROTO_TCP

// 该参数指定下一个回调函数所监听的事件类型

  ,kCFSocketAcceptCallBack

  ,TCPServerAcceptCallBack // 回调函数

  ,NULL);

 if(_socket == NULL)

 {

   NSLog(@”创建Socket失败!”);

   return 0;

}

int optval = 1;

// 设置允许重用本地地址和端口

setsockopt(CFSocketGetNative(_socket), SOL_SOCKET,  SO_REUSEADDR,

(void *)&optval, sizeof(optval));

// 定义sockaddr_in类型的变量，该变量将作为CFSocket的地址

struct sockaddr_in addr4;

memset(&addr4, 0 , sizeof(addr4));

addr4.sin_len = sizeof(addr4);

addr4.sin_family = AF_INEF;

//  设置该服务器监听本机任意可用的IP地址

// addr4.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY);

// 设置服务器监听地址

addr4.sin_addr.s_addr = inet_addr(“192.168.1.100”);

// 设置服务器监听端口

addr4.sin_port = htons(30000);

// 将IPv4的地址转换成CFDataRef

CFDataRef address = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault

 , (UInt8 *)&addr4, sizeof(addr4));

//  将CFSocket绑定到指定IP地址

if(CFSocketSetAddress(_socket, address) != kCFSocketSuccess)

{

   NSLog(@”地址绑定失败!”);

   // 如果_socket不为NULL,则释放_socket

  if(_socket)

  {

    CFRelease(_socket);

    exit(1);

}

_socket = NULL;

}

  NSLog(@”---启动循环监听客户端连接-----”);

  // 获取当前线程的CFRunLoop

CFRunLoopRef  cfRunLoop = CFRunLoopGetCurrent();

// 将_socket包装成CFRunLoopSource

CFRunLoopSourceRef source = CFSocketCreateRunLoopSource(

kCFAllocatorDefault , _socket, 0);

// 为CFRunLoop对象添加source

CFRunLoopAddSource(cfRunLoop,  source,  kCFRunLoopCommonModes);

CFRelease(source);

//  运行当前线程的CFRunLoop

CFRunLoopRun();

}

  return 0;

}

 

说明

   上面程序中的main()函数作为程序的入口,程序从该函数开始执行.main()函数的第1段红色字代码创建了一个CFSocket对象,并指定了该CFSocket使用TCP协议,基于流经行输入/输出.

sockaddr_in类型的结构体变量,该结构体变量将会作为CFSocket绑定的监听地址,因此程序为socketaddr_in类型的结构体变量指定了IP地址和端口,然后程序中的红色字代码调用了CFSocketSetAddress()函数将指定CFSocket绑定到指定的IP地址和端口.

main()函数的最后一段红色体代码将该CFSocket作为source添加到主线程的CFRunLoop上,并运行主线程的CFRunLoop,从而保证该CFSocket能持续不断地接受来自客户端的连接.

 

  该程序的另一个重点是TCPServerAcceptCallBack回调函数---当CFSocket接受来自客户端的连接后,该函数将会被调用.该函数主要做了如下4件事情.

1	调用getpeername()函数获取远程Socket的相关信息,从而在控制台打印出来连接进来的客户端IP地址和端口.
2	调用CFStreamCreatePairWithSocket()函数通过CFSocket获取CFReadStreamRef、CFWriterStreamRef，接下来程序即可通过这两个流进行读/写网络数据。
3	再次使用主线程的CFRunLoop监听来自客户端的数据。
4	向客户端写入一段字符串。

 

使用CFSocket实现TCP客户端

创建TCP客户端同样通过CFSocket完成。使用CFSocket创建Socket客户端的步骤如下。

1	创建一个不监听任何事件或监听Connection的CFSocket。如果要监听Connection，则需要为kCFSocketConnectCallBack事件绑定回调函数.
2	调用CFSocketConnectToAddress()函数,将客户端的CFSocket连接到指定IP地址和端口的服务器上.
3	得到客户端CFSocket之后,既可直接使用CFSocket对应的CFSocketNativeHandle进行读/写,也可通过CFSocket获取CFReadStreamRef、CFWriteStreamRef后进行读/写。
代码片段	ViewController.m #import <sys/socket.h> #import <netinet/in.h> #import <arpa/inet.h> #import <ViewController.h> @implementation ViewController CFSocketRef _socket; BOOL isOnline; - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // 创建Socket,无须回调函数 _socket = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault, PF_INEF // 指定协议族,如果该参数为0或者负数,则默认为PF_INET // 指定Socket类型,如果协议族为PF_INEF,且该参数为0或负数 // 则它会默认为SOCK_STREAM,如果要使用UDP协议,则该参数指定为SOCK_DGRAM , SOCK_STREAM // 指定通信协议.如果前一个参数为SOCK_STREAM,则默认使用TCP协议 // 如果前一个参数SOCK_DGRAM,则默认使用UDP协议 , IPPROTO_TCP // 该参数指定下一个回调函数所监听的事件类型 , kCFSocketNoCallBack , nil , NULL); if(_socket != nil) { // 定义sockaddr_in类型的变量,该变量将作为CFSocket的地址 struct sockaddr_in addr4; memset(&addr4, 0, sizeof(addr4)); addr4.sin_len = sizeof(addr4); addr4.sin_family = AF_INET; // 设置连接远程服务器的地址 addr4.sin_addr.s_addr = inet_addr(“192.168.1.88”); // 设置连接远程服务器的监听端口 addr4.sin_port = htons(30000); // 将IPv4的地址转换为CFDataRef CFDateRef addres = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault , (UInt8 *)&addr4, sizeof(addr4)); // 连接远程服务器的Socket,并返回连接结果 CFSocketError result = CFSocketConnectionToAddress(_socket , address // 指定远程服务器的IP地址和端口 , 5 // 指定连接超时时长, 如果该参数为负数, 则把连接操作放在后台进行 // 当_socket消息类型为kCFSocketConnectCallBack时 // 将会在连接成功或失败的时候在后台触发回调函数 ); // 如果连接远程服务器成功 if(result == kCFSocketSuccess) { isOnline = YES; // 启动新线程来读取服务器响应的数据 [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(readStream) toTarget:self withObject:nil]; } } } // 读取接收的数据 - (void)readStream { char buffer[2048]; int hasRead; // 与本机关联的Socket如果已经失效,则返回-1:INVALID_SOCKET while ((hasRead = recv(CFSocketGetNative(_socket) , buffer, sizeof(buffer), 0))) { NSLog(@”%@”,[[NSString alloc] initWithBytes:buffer length:hasRead encoding:NSUTF8StringEncoding]); } } - (IBAction)clicked:(id)sender { if(isOnline) { NSString* stringTosend = @”来自iOS客户端的问候”; const char* data = [stringTosend UTF8String]; send(CFSocketGetNative(_socket), data, strlen(data) +1, 1); } else { NSLog(@”暂未连接服务器”); } } @end
说明	上面程序中的第1段红色字代码创建了一个CFSocket, 该CFSocket同样适用了TCP协议,并且是基于SOCK_STREAM流的Socket,然后程序创建了一个struct  sockaddr_in 结构体变量,该结构体变量代表远程服务器的地址.    上面程序中的第2段红色字代码调用了CFSocketConnectToAddress()函数将CFSocket连接到远程服务器地址---如果连城成功,就可得到一个进行网络读/写的CFSocket.剩下的事情是程序以readStream作为新线程的执行体,启动了一个新线程,其中readStream方法中的红色字代码调用了recv()函数从指定CFSocket读取数据.而clicked:方法则用于向服务器发送数据,该方法中的红色字代码调用了send()函数向CFSocket发送数据.

使用CocoaAsyncSocket实现TCP客户端

   CocoaAsyncSocket封装了CFNetwork底层的CFSocket和CFStream,并提供了异步操作,从而可简化Socket网络编程.CocoaAsyncSocket不仅支持TCP协议的网络编程,也支持UDP协议的网络编程.CocoaAsyncSocket是CFSocket的绝佳替代者.

CocoaAsyncSocket主要有以下特性
1	非阻塞方式的读和写,而且可设置超时时长.
2	自动的Socket接收。如果调用它接受连接，它将为每个连接启动新的实例，当然也可以立即关闭这些连接。
3	委托（delegate）支持。错误、连接、接收、完整的读取、完整的写入、进度以及断开连接，都可通过委托模式调用。
4	所有操作都封装在一个类中，无须操作Socket或流，该类封装了所有操作。
下载和安装CocoaAsyncSocket的步骤如下
1.CocoaAsyncSocket的官方网站是https://github.com/robbiehanson/CocoaAsyncSocket,登录该站点,单击页面中间的release链接.
2.浏览器将会打开一个新的列表页面,该列表页面中列出了CocoaAsyncSocket的所有发布版本,建议下载最新版的CocoaAsyncSocket.
3.下载完成将可以得到一个CocoaAsyncSocket.zip文件,解压该压缩包,将可以看到如下文件结构.         RunLoop:该目录下包含了AsyncSocket\AsyncUDPSocket两个类的源文件和Xcode目录.其中AsyncSocket就是基于TCP协议的CocoaAsyncSocket实现，AsyncUDPSocket就是基于UDP协议的AsyncUDPSocket实现。而Xcode目录下则包含了使用CocoaAsyncSocket开发服务器端与客户端的示例项目。         GCD：该目录下的内容与RunLoop目录下的内容基本相似，只是类名变成了GCDAsyncSocket、GCDAsyncUDPSocket，这是因为该目录下的CocoaAsyncSocket是基于GCD的实现。         Vendor：其他相关类。         其他杂项文件。         需要为项目增加CFNetwork.framework框架。
添加CocoaAsyncSocket支持之后，使用AsyncSocket开发TCP客户端的步骤如下
创建一个AsyncSocket对象，创建该对象时需要指定该AsyncSocket的delegate，该delegate必须实现AsyncSocketDelegate协议，该delegate对象负责处理AsyncSocket在网络通信过程中的各种事件。 调用AsyncSocket对象的connectToHost：onPort：error：方法控制AsyncSocket对象连接指定IP地址、指定端口的服务器程序，该方法的最后一个参数用于接收连接错误。 为AsyncSocket的delegate对象（实现AsyncSocketDelegate协议的对象）实现特定的方法，该delegate负责处理AsyncSocket在网络通信过程中的各种事件。 如果需要发送数据，则调用AsyncSocket的writeData：withTimeout：tag：方法；如果需要读取数据，则调用AsyncSocket的readDataWithTimeout：tag：方法。当数据发送完成或数据读取完成时，都会激发AsyncSocket的delegate对象的特定方法。
代 码 片 段
ViewController.h #import <UIKit/UIKit.h> #import “AsyncSocket.h” @interface ViewController : UIViewController<AsyncSocketDelegate> @property (strong, nonatomic) IBOutlet UITextView *showView; @property (strong, nonatomic) IBOutlet UITextFiled *inputField； - (IBAction)finishEdit:(id)sender; - (IBAction)send:(id)sender; @end ViewController.m @implementation ViewController NSString* myName; AsyncSocket* socket; BOOL iSOnline; - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // 创建一个UIAlertView提醒用户输入名字 UIAlertView* alert = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@”名字” message:@”请输入您的名字” delegate:self cancelButtonTitle:@”确定” otherButtonTitles: nil ]; // 设置该UIAlertView为UIAlertViewStylePlainTextInput风格 alert.alertViewStyle = UIAlertViewStylePlainTextInput; [alert show]; } - (IBAction)finishEdit:(id)sender { [sender resignFirstResponder]; } - (IBAction)send:(id)sender { if(isOnline) { // 定义要发送的字符串内容 NSString* stringTosend = [NSString stringWithFormat:@”%@说: %@”, myName, self.inputField.text]; self.inputField.text = nil; NSData *data = [stringTosend dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]; // 调用writeData:withTimeout：tag：方法发送数据 [socket writeData:data withTimeout: - 1 tag:0]; } else { NSLog(@”暂未连接服务器”); } } // AsyncSocketDelegate中定义的方法,当成功连接到服务器时激发该方法 - (void)onSocket:(AsyncSocket *)sock didConnectToHost:(NSString *)host port:(UInt16)port { isOnline = YES; // 调用readDataWithTimeout: tag: 方法读取数据 [sock readDataWithTimeout:-1 tag:0]; } // AsyncSocketDelegate中定义的方法，当读取数据完成时激发该方法 - (void)onSocket:(AsyncSocket *)sock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag { // 获取读到的内容 NSData* strData = [data subDataWithRange:NSMakeRange(0, [data length])]; NSString* content = [[NSString alloc] initWithData:strData encoding:NSUTF8StringEncoding]; if(content) { // 使用showView控件显示从网络读取的内容 self.showView.text = [NSString stringWithFormat:@”%@\n%@”, content , self.showView.text]; } // 再次调用readDataWithTimeout:tag:方法读取数据 [sock readDataWithTimeout:-1 tag:0]; } - (void)alertView:(UIAlertView *)alertView clickedButtonAtIndex:(NSInteger)buttonIndex { // 获取UIAlertView控件上 文本框内的字符串，并将字符串赋值给myName变量 myName = [alertView textFieldAtIndex:0].text; socket = [[AsyncSocket alloc] initWithDelegate:self]; NSError* error = nil; int port = 30000; NSString* host = @”192.168.1.88”; // 调用connectToHost:onPort:error:方法连接指定IP地址、指定端口的服务器 [socket connectToHost:host onPort:port withTimeout:2 error:&error]; if(error) { NSLog(@”连接出现错误：%@”, error); } } @end
上面程序中的第1行红色字代码创建了一个AsyncSocket,并指定该视图控制器本身作为它的delegate对象,这意味着该视图控制器本身需要实现AsyncSocketDelegate协议,并实现该协议中特定的方法.程序中的第2行红色字代码调用了AsyncSocket的connectToHost:onPort:error: 方法来连接指定IP地址、指定端口的服务器程序。    处理AsyncSocket网络连接及网络通信过程中的事件，该视图控制器（作为AsyncSocket的delegate）实现了onSocket：didConnectToHost：port：方法------当AsyncSocket成功连接指定服务器时激发该方法，该方法中的程序调用了AsyncSocket的readDataWithTimeout: tag：方法读取网络数据。当AsyncSocket成功读取网络数据之后，系统会自动调用视图控制器（作为AsyncSocket的delegate）的onSocket：didReadData：方法------这就实现了通过AsyncSocket读取网络数据。