IOS socket开发基础
摘要 详细介绍了iOS的socket开发，说明了tcp和udp的区别，简单说明了tcp的三次握手四次挥手，用c语言分别实现了TCPsocket和UDPsocket的客户端和服务端，本文的作用是让我们了解socket的一些原理以及底层基本的结构。 由于博客迁移至www.coderyi.com,文章请看http://www.coderyi.com/archives/429
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由于博客迁移至www.coderyi.com,文章请看http://www.coderyi.com/archives/429
socket简介
首先让我们通过一张图知道socket在哪里？
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。
tcp和udp的区别
在这里就必须讲一下udp和tcp的区别了
TCP：面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)。
UDP：面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。
关于TCP是一种流模式的协议，UDP是一种数据报模式的协议，这里要说明一下，TCP是面向连接的，也就是说，在连接持续的过程中，socket中收到的数据都是由同一台主机发出的（劫持什么的不考虑），因此，知道保证数据是有序的到达就行了，至于每次读取多少数据自己看着办。
而UDP是无连接的协议，也就是说，只要知道接收端的IP和端口，且网络是可达的，任何主机都可以向接收端发送数据。这时候，如果一次能读取超过一个报文的数据，则会乱套。比如，主机A向发送了报文P1，主机B发送了报文P2，如果能够读取超过一个报文的数据，那么就会将P1和P2的数据合并在了一起，这样的数据是没有意义的。
TCP三次握手和四次挥手
相对于SOCKET开发者，TCP创建过程和连接拆除过程是由TCP/IP协议栈自动创建的。因此开发者并不需要控制这个过程。但是对于理解TCP底层运作机制，相当有帮助。
因此在这里详细解释一下这两个过程。
TCP三次握手
所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。
三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息.在socket编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手。
首先了解一下几个标志，SYN（synchronous），同步标志，ACK (Acknowledgement），即确认标志，seq应该是Sequence Number，序列号的意思，另外还有四次握手的fin，应该是final，表示结束标志。
第一次握手：客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。
第二次握手：服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1以，即X+1。
第三次握手：客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0，ACK标志位为1。并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写序列号的+1。
tcp四次挥手
TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(four-way handshake)。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在socket
编程中，任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。
其实有个问题，为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？
因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。
tcpsocket和udpsocket的具体实现
讲了这么久，终于要开始讲socket的具体实现了，iOS提供了Socket网络编程的接口CFSocket，不过这里使用BSD Socket。
tcp和udp的socket是有区别的，这里给出这两种的设计框架
基本TCP客户—服务器程序设计基本框架
基本UDP客户—服务器程序设计基本框架流程图
常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
1、socket调用库函数主要有：
创建套接字
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Socket(af,type,protocol) |
建立地址和套接字的联系
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bind(sockid, local addr, addrlen) |
服务器端侦听客户端的请求
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listen( Sockid ,quenlen) |
建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP）
客户端请求连接
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Connect(sockid, destaddr, addrlen) |
服务器端等待从编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求
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newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen) |
发送/接收数据
面向连接：
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send(sockid, buff, bufflen) recv( ) |
面向无连接：
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sendto(sockid,buff,…,addrlen) recvfrom( ) |
释放套接字
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close(sockid) |
tcpsocket的具体实现
服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，然后调用listen在相应的socket上监听，当accpet接收到一个连接服务请求时，将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址，并通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am server!"。最后关闭该socket。
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#import <Foundation/Foundation.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>int main(int argc, const char * argv[]){ @autoreleasepool {// 1 int err; int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM , 0); BOOL success=(fd!=-1);// 1// 2 if (success) { NSLog(@"socket success"); struct sockaddr_in addr; memset(&addr, 0, sizeof(addr)); addr.sin_len=sizeof(addr); addr.sin_family=AF_INET;// ======================================================================= addr.sin_port=htons(1024);// ============================================================================ addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); success=(err==0); } // 2 // ============================================================================ if (success) { NSLog(@"bind(绑定) success"); err=listen(fd, 5);//开始监听 success=(err==0); }// ============================================================================ //3 if (success) { NSLog(@"listen success"); while (true) { struct sockaddr_in peeraddr; int peerfd; socklen_t addrLen; addrLen=sizeof(peeraddr); NSLog(@"prepare accept"); peerfd=accept(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &addrLen); success=(peerfd!=-1);// ============================================================================ if (success) { NSLog(@"accept success,remote address:%s,port:%d",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port)); char buf[1024]; ssize_t count; size_t len=sizeof(buf); do { count=recv(peerfd, buf, len, 0); NSString* str = [NSString stringWithCString:buf encoding:NSUTF8StringEncoding]; NSLog(@"%@",str); } while (strcmp(buf, "exit")!=0); }// ============================================================================ close(peerfd); } } //3 } return 0;} |
客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，请求连接服务器，通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am client!"。最后关闭该socket。
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//// main.m// kewai_SocketClient//#import <Foundation/Foundation.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#import <arpa/inet.h>int main(int argc, const char * argv[]){ @autoreleasepool { // 1 int err; int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); BOOL success=(fd!=-1); struct sockaddr_in addr; // 1 // 2 if (success) { NSLog(@"socket success"); memset(&addr, 0, sizeof(addr)); addr.sin_len=sizeof(addr); addr.sin_family=AF_INET; addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr)); success=(err==0); } // 2 //3 if (success) {//============================================================================ struct sockaddr_in peeraddr; memset(&peeraddr, 0, sizeof(peeraddr)); peeraddr.sin_len=sizeof(peeraddr); peeraddr.sin_family=AF_INET; peeraddr.sin_port=htons(1024);// peeraddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; peeraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("172.16.10.120");// 这个地址是服务器的地址， socklen_t addrLen; addrLen =sizeof(peeraddr); NSLog(@"connecting"); err=connect(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, addrLen); success=(err==0); if (success) {// struct sockaddr_in addr; err =getsockname(fd, (struct sockaddr *)&addr, &addrLen); success=(err==0);//============================================================================//============================================================================ if (success) { NSLog(@"connect success,local address:%s,port:%d",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port)); char buf[1024]; do { printf("input message:"); scanf("%s",buf); send(fd, buf, 1024, 0); } while (strcmp(buf, "exit")!=0); } } else{ NSLog(@"connect failed"); } } // ============================================================================ //3 } return 0;} |
udpsocket的具体实现
下面是udpsocket的具体实现
服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，接收到一个客户端时，服务器显示该客户端的IP地址，并将字串返回给客户端。
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/* *UDP/IP应用编程接口（API） *服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机 *地址以及一个本地端口号绑定，接收到一个客户端时，服务器显示该客户端的IP地址，并将字串 *返回给客户端。 */#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<errno.h>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#import <arpa/inet.h>int main(int argc,char **argv){ int ser_sockfd; int len; //int addrlen; socklen_t addrlen; char seraddr[100]; struct sockaddr_in ser_addr; /*建立socket*/ ser_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(ser_sockfd<0) { printf("I cannot socket success\n"); return 1; } /*填写sockaddr_in 结构*/ addrlen=sizeof(struct sockaddr_in); bzero(&ser_addr,addrlen); ser_addr.sin_family=AF_INET; ser_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); ser_addr.sin_port=htons(1024); /*绑定客户端*/ if(bind(ser_sockfd,(struct sockaddr *)&ser_addr,addrlen)<0) { printf("connect"); return 1; } while(1) { bzero(seraddr,sizeof(seraddr)); len=recvfrom(ser_sockfd,seraddr,sizeof(seraddr),0,(struct sockaddr*)&ser_addr,&addrlen); /*显示client端的网络地址*/ printf("receive from %s\n",inet_ntoa(ser_addr.sin_addr)); /*显示客户端发来的字串*/ printf("recevce:%s",seraddr); /*将字串返回给client端*/ sendto(ser_sockfd,seraddr,len,0,(struct sockaddr*)&ser_addr,addrlen); }} |
客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，填写服务器地址及端口号，从标准输入设备中取得字符串，将字符串传送给服务器端，并接收服务器端返回的字符串。最后关闭该socket。
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/* *UDP/IP应用编程接口（API） *客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，填写服务器地址及端口号， *从标准输入设备中取得字符串，将字符串传送给服务器端，并接收服务器端返回的字 *符串。最后关闭该socket。 */#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<errno.h>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include <netinet/in.h>#import <arpa/inet.h>int GetServerAddr(char * addrname){ printf("please input server addr:"); scanf("%s",addrname); return 1; }int main(int argc,char **argv){ int cli_sockfd; int len; socklen_t addrlen; char seraddr[14]; struct sockaddr_in cli_addr; char buffer[256]; GetServerAddr(seraddr); /* 建立socket*/ cli_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(cli_sockfd<0) { printf("I cannot socket success\n"); return 1; } /* 填写sockaddr_in*/ addrlen=sizeof(struct sockaddr_in); bzero(&cli_addr,addrlen); cli_addr.sin_family=AF_INET; cli_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(seraddr); //cli_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); cli_addr.sin_port=htons(1024); bzero(buffer,sizeof(buffer)); /* 从标准输入设备取得字符串*/ len=read(STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer)); /* 将字符串传送给server端*/ sendto(cli_sockfd,buffer,len,0,(struct sockaddr*)&cli_addr,addrlen); /* 接收server端返回的字符串*/ len=recvfrom(cli_sockfd,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&cli_addr,&addrlen); //printf("receive from %s\n",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr)); printf("receive: %s",buffer); close(cli_sockfd); } |
最后，整篇文章只能用一句话形容，懒婆娘的裹脚布，又长又臭，不过本文的作用是让我们了解socket的一些原理以及底层基本的结构，其实iOS的socket实现是特别简单的，我一直都在用github的开源类库cocoaasyncsocket，地址是https://github.com/robbiehanson/CocoaAsyncSocket，cocoaasyncsocket是支持tcp和udp的，具体操作方法就不介绍了。
