C++ Socket编程

在很多底层网络应用开发者的眼里一切编程都是Socket，话虽然有点夸张，但却也几乎如此了，现在的网络编程几乎都是用Socket来编程。你想过这些情景么？我们每天打开浏览器浏览网页时，浏览器进程怎么和Web服务器进行通信的呢？当你用QQ聊天时，QQ进程怎么和服务器或者是你的好友所在的QQ进程进行通信的呢？当你打开PPstream观看视频时，PPstream进程如何与视频服务器进行通信的呢？ 如此种种，都是靠Socket来进行通信的，以一斑窥全豹，可见Socket编程在现代编程中占据了多么重要的地位，这一节我们将介绍C++语言中如何进行Socket编程。

什么是Socket？

Socket起源于Unix，而Unix基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现，网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用：Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。

Socket类型有三种：流式Socket（SOCK_STREAM），数据报式Socket（SOCK_DGRAM）和原始套接字（SOCK_RAW）。

• 流式套接字（SOCK_STREAM）：流套接字用于提供面向连接、可靠的数据传输服务。该服务将保证数据能够实现无差错、无重复发送，并按顺序接收。流套接字之所以能够实现可靠的数据服务，原因在于其使用了传输控制协议，即TCP（The Transmission Control Protocol）协议。
• 数据包套接字（SOCK_DGRAM）：数据包套接字提供了一种无连接的服务。该服务并不能保证数据传输的可靠性，数据有可能在传输过程中丢失或出现数据重复，且无法保证顺序地接收到数据。数据包套接字使用UDP（User Datagram Protocol）协议进行数据的传输。由于数据包套接字不能保证数据传输的可靠性，对于有可能出现的数据丢失情况，需要在程序中做相应的处理。
• 原始套接字（SOCK_RAW）：允许对较低层次的协议直接访问，比如IP、 ICMP协议，它常用于检验新的协议实现，或者访问现有服务中配置的新设备，因为RAW SOCKET可以自如地控制Windows下的多种协议，能够对网络底层的传输机制进行控制，所以可以应用原始套接字来操纵网络层和传输层应用。比如，我们可以通过RAW SOCKET来接收发向本机的ICMP、IGMP协议包，或者接收TCP/IP栈不能够处理的IP包，也可以用来发送一些自定包头或自定协议的IP包。网络监听技术很大程度上依赖于SOCKET_RAW

Socket如何通信

网络中的进程之间如何通过Socket通信呢？首要解决的问题是如何唯一标识一个进程，否则通信无从谈起！在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程，但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题，网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就可以标识网络的进程了，网络中需要互相通信的进程，就可以利用这个标志在他们之间进行交互。请看下面这个TCP/IP协议结构图

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已经被淘汰），来实现网络进程之间的通信。就目前而言，几乎所有的应用程序都是采用socket，而现在又是网络时代，网络中进程通信是无处不在，这就是为什么说“一切皆Socket”。

Windows Sockets API (WSA), 简短记为Winsock, 是Windows的TCP/IP网络编程接口（API）。后面都会以winsock进行举例说明。

应用场景

基于TCP的Socket编程最常见的应用场景是在C/S架构下的分布式应用，针对客户端和服务器端提供不同的Socket系统调用。

　　1. 服务器端编程的步骤：

　　1.1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

　　1.2：绑定套接字到一个IP地址和一个端口上(bind())；

　　1.3：将套接字设置为监听模式等待连接请求(listen())；

　　1.4：请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept())；

　　1.5：用返回的套接字和客户端进行通信(send()/recv())；

　　1.6：返回，等待另一连接请求；

　　1.7：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

　　2. 客户端编程的步骤：

　　2.1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

　　2.2：向服务器发出连接请求(connect())；

　　2.3：和服务器端进行通信(send()/recv())；

　　2.4：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

 　3. 示例代码

　 3.1 Servers端

#include <Winsock2.h>
#include <cstdio>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
void main()
{
    WSADATA wsaData;
    SOCKET sockServer;
    SOCKADDR_IN addrServer;
    SOCKET sockClient;
    SOCKADDR_IN addrClient;
    WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
    sockServer=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);//INADDR_ANY表示任何IP
    addrServer.sin_family=AF_INET;
    addrServer.sin_port=htons(6000);//绑定端口6000
    bind(sockServer,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));

    //Listen监听端
    listen(sockServer,5);//5为等待连接数目
    printf("服务器已启动:\n监听中...\n");
    int len=sizeof(SOCKADDR);
    charsendBuf[100];//发送至客户端的字符串
    charrecvBuf[100];//接受客户端返回的字符串

    //会阻塞进程，直到有客户端连接上来为止
    sockClient=accept(sockServer,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
    //接收并打印客户端数据
    recv(sockClient,recvBuf,100,0);
    printf("%s\n",recvBuf);

    //关闭socket
    closesocket(sockClient);
    WSACleanup();
}

　　3.2 Client 端

#include <Winsock2.h>
#include <cstdio>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
void main()
{
    WSADATA wsaData;
    SOCKET sockClient;//客户端Socket
    SOCKADDR_IN addrServer;//服务端地址
    WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
    //新建客户端socket
    sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    //定义要连接的服务端地址
    addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1");//目标IP(127.0.0.1是回送地址)
    addrServer.sin_family=AF_INET;
    addrServer.sin_port=htons(6000);//连接端口6000
    //连接到服务端
    connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
    //发送数据
    char message[20]="HelloSocket!";
    send(sockClient,message,strlen(message)+1,0);
    //关闭socket
    closesocket(sockClient);
    WSACleanup();
}