网络编程-Socket通信

Socket通信

1、什么是套接字

​ Socket是封装了TCP/IP协议簇的系统API接口，这使得程序员无需关注协议本身，直接使用socket提供的接口与不同主机间的进程互联通信。
​ 目前市面上主流的操作系统都采用这套机制进制网络通信，所以不同种类的操作系统，使用不同的编程语言，只要调用操作系统提供的Socket接口，都能进行网络通信。

2、基于TCP协议的Socket编程模型

被连接者需要完成的任务（服务端）：

1、创建socket内核对象，内核创建完成后会返回它的描述符（该描述只是为了完成连接，三次握手）
2、准备本机地址(ip地址+端口号)
3、绑定(把本机地址与socket对象进行绑定)
4、开启监听，并设置排队的队列长度
5、等待连接，连接成功后，内核会再返回一个连接成功的Socket描述符，专门用来通信
for (;;) {
	6、接收请求
	7、返回结果
}
8、关闭通信的Socket对象
9、关闭连接的Socket对象

连接者需要完成的任务(客户端)：

1、创建socket内核对象，内核创建完成后会返回它的描述符
2、准备被连接者的地址(ip地址+端口号)
3、发起连接，使用Socket+地址(ip地址+端口号)发起连接请求
for (;;) {
	4、发送请求
	5、接收结果
}
6、关闭Socket对象

3、TCP通信需要使用Socket接口

/**
 * 功能: 创建Socket对象
 * @domain:
 *    AF_UNIX, AF_LOCAL   采用本地socket文件进行通信，如果用它则只能本机上的两个进程进行通信
 *	  AF_INET             IPv4地址
 *	  AF_INET6   			IPv6地址
 * @type:
 *    SOCK_STREAM	数据流	TCP
 *    SOCK_DGRAM 报文 UDP
 * @protocol:
 *    特殊通信协议，写0即可
 * 返回值:
 *    成功则返回Socket对象描述符，失败返回-1。
*/
int socket(int domain, int type, int protocol);

// 基本地址类型，它是socket系列接口的表面参数，而实际使用的是sockaddr_un或sockaddr_in，我们需要把sockaddr_in强制转换成sockaddr类型。
struct sockaddr_in  {
    sa_family_t sin_family;		// 地址类型，与domain保持一致即可
    in_port_t sin_port;			// 端口号，网络字节序的2字节整数
    struct in_addr sin_addr.s_addr;	// IP地址，网络字节序的4字节整数
};

/**
 * 功能: 绑定Socket对象与通信地址
 * @sockfd: Socket对象描述符
 * @addr: 通信地址，实际提供可能是sockaddr_un或sockaddr_in，需要对它们进行强制转换
 * @addrlen: addr结构体的字节数
 * 返回值: 成功返回0，失败返回-1
*/
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

/**
 * 功能: 开启Socket对象的监听
 * sockfd: Socket地址描述符
 * backlog: 备胎的数量
*/
int listen(int sockfd, int backlog);
    
/**
 * 功能: 等待连接，没有成功连接之前，会进入阻塞状态
 * @sockfd: Socket对象描述符
 * @addr: 用于存储连接者的通信地址
 * @addrlen: 既是输入（告诉accetp接口，addr结构体的字节数），也是输出（实际接收到的addr结构的字节数）
 * 返回值: 建立连接的，能够通信的Socket对象描述符，失败返回-1
*/
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
    
/**
 * 功能: 让sockfd对象向addr地址发起连接
 * @sockfd: Socket对象描述符
 * @addr: 连接目标的地址
 * @addrlen: addr结构体的字节数
 * 返回值: 成功返回0，失败返回-1
*/
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

/**
 * 功能: 从Socket对象读接收干字节
 * @sockfd: Socket对象描述符
 * @buf: 接收数据的内存块首地址
 * @len: buf的字节数
 * @flags: 是否阻塞，写0即可
 * 返回值: 成功接收到了多少个字节，失败返回-1
*/  
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

/**
 * 功能: 通过Socket对象发送若干字节
 * @sockfd: Socket对象描述符
 * @buf: 要发送的内存块首地址
 * @len: 要发送的字节数
 * @flags: 是否阻塞，写0即可
 * 返回值: 成功发送了多少个字节，失败返回-1
*/
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
    
/**
 * 功能: 关闭fd描述所代表的内核对象
*/
int close(int fd);

/**
 * 功能: 把本地字节序的 unsigned short 类型的数据转换网络字节序
*/
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
    
/**
 * 功能: 把字符串格式 点分十进制的ip地址 转换成网络字节序的4字节ip地址
*/
in_addr_t inet_addr(const char *cp);

4、基于UDP协议的Socket编程模型

被接收者需要完成的任务(服务端)：

1、创建socket内核对象，内核创建完成后会返回它的描述符
	type：SOCK_DGRAM
2、准备本机地址(ip地址+端口号)
3、绑定(把本机地址与socket对象进行绑定)
for (;;) {
	4、接收请求，同时接收发送者的地址
	5、返回结果，按发送者的地址进行返回
}
6、关闭Socket对象

发送者需要完成的任务：

1、创建socket内核对象，内核创建完成后会返回它的描述符
	type：SOCK_DGRAM
2、准备接收者的地址(ip地址+端口号)
for (;;) {
	3、发送请求，根据接收者的地址发送数据
	4、接收结果，并接收返回者的地址
}
5、关闭Socket对象

5、UDP通信需要使用Socket接口

/**
 * 功能: UDP专用的数据发送函数。
 * @dest_addr: 收件人的地址。
 * @addrlen: 地址长度。
*/
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

/**
 * 功能: UDP专用的数据接收函数。
 * @src_addr: 发件人的地址，也是数据返回时的地址
 * @addrlen: 地址长度，既是输入也是输出
*/           
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

6、UDP的连接操作

​ UPD协议底层是否需要连接操作，客户端但可以在Socket层面进行连接，连接后的Socket对象在后续的通信过程中就不再需要通信地址了。

7、本地Socket通信

​ 网络Socket通信是把网卡抽象成Socket文件配合TCP/IP协议簇，能够使当前进程与其它计算机的进程进行网络通信。
​ 本地Socket通信是在文件系统中创建Socket文件，能够使当前进程与本机的其它进程进行通信（IPC进程间通信）。
​ 使用sockaddr_un类型的通信地址，当调用socket对象与通信地址绑定时，会自动创建socket文件。