—-socket传输—-
socket传输主要是为了解决不同进程间通信的问题。可分为 TCP 传输 和 UDP传输。 Tcp 是 面向连接的 可靠的 流式服务 。Udp 是 无连接 不可靠 数据报服务。
1. 什么是socket？
socket 称为“套接字”，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。
socket起源于Unix，而Unix/Linux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：即socket是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）。
socket()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。
2. socket解决什么问题？
socket主要是用来解决网络跨进程通信（IPC）问题。 那网络之间是如何通信的呢？
3. 网络中进程之间如何通信？
通信方式有本地的进程间通信和网络进程间通信 两种。
3.1 本地的进程间通信
a、消息传递（管道、消息队列、FIFO）
b、同步（互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量）
c、共享内存（匿名的和具名的）
d、远程过程调用(RPC)
本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程。
3.2 网络间进程通信
网络间进程是通过不同的主机间进行通信。因此首要问题如何标识一台主机，以及进一步如何标识一台主机上的唯一进程？
TCP/IP协议族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，传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序（进程）。
TCP/IP定义：是互联网相关的各类协议族的总称，如TCP，UDP，IP，FTP，HTTP等都属于TCP/IP族内的协议 。
OSI七层模型
TCP/IP协议参考模型把所有的TCP/IP系列协议归类到四个抽象层中
应用层：TFTP，HTTP，SNMP，FTP，SMTP，DNS，Telnet 等等
传输层：TCP，UDP
网络层：IP，ICMP，OSPF，EIGRP，IGMP
数据链路层：SLIP，CSLIP，PPP，MTU
每一抽象层建立在低一层提供的服务上，并且为高一层提供服务。
4. socket如何通信？
网络中进程间利用三元组【ip地址，协议，端口】进行通信，而socket就是利用三元组解决网络通信的一个中间件工具。
socket通信的数据传输方式，常用的有两种：
ａ、SOCK_STREAM：表示面向连接的数据传输方式（TCP）。数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，可以重新发送，但效率相对较慢。常见的 http 协议就使用 SOCK_STREAM 传输数据，因为要确保数据的正确性，否则网页不能正常解析。
ｂ、SOCK_DGRAM：表示无连接的数据传输方式（UDP）。计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。因为 SOCK_DGRAM 所做的校验工作少，所以效率比 SOCK_STREAM 高。
5. 基于UDP的socket编程
UDP 是 无连接 不可靠 数据报服务
所以UDP不需要进行三次握手来建立连接，直接发送数据，不保证可靠交付，不管对方收到还是没有收到。
5.1 UDP C/S编程架构
5.2 UDP C/S端注意点
UDP 客户端（Client）注意点
1、本地 IP、本地端口（我是谁）
2、目的 IP、目的端口（发给谁）
3、在客户端的代码中，我们只设置了目的 IP、目的端口
客户端的本地 ip、本地 port 是我们调用 sendto 的时候 linux 系统底层自动给客户端分配的；分配端口的方式为随机分配，即每次运行系统给的 port 不一样
UDP 服务端（Server）注意点
1、服务器之所以要 bind 是因为它的本地 port 需要是固定，而不是随机的
2、服务器也可以主动地给客户端发送数据
3、客户端也可以用 bind，这样客户端的本地端口就是固定的了，但一般不这样做
5.3. Socket常用函数接口及其原理
5.3.1 socket()
使用socket()函数创建套接字
int socket(int af, int type, int protocol);
功能：
创建一个用于网络通信的socket套接字（描述符）
参数：
family:协议族(AF_INET（IPv4）、AF_INET6(IPv6)、PF_PACKET(链路层编程)等 。
type:套接字类(SOCK_STREAM（流式套接字）、SOCK_DGRAM（数据报式套接字）、SOCK_RAW（原始套接字）等）。
protocol:协议类别(0、IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP等）。
返回值：
套接字
特点：
创建套接字时，系统不会分配端口
创建的套接字默认属性是主动的，即主动发起服务的请求;
当作为服务器时，往往需要修改为被动的
头文件：
#include <sys/socket.h>
IPv4及IPv6套接字地址结构
IPv4套接字地址结构 sockaddr_in
#include <netinet/in.h>
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;//4字节
};
//IPv4地址结构
struct sockaddr_in
{
sa_family_t sin_family;//2字节 协议
in_port_t sin_port;//2字节 端口PORT
struct in_addr sin_addr;//4字节 IP地址
char sin_zero[8]//8字节 必须为0
};
IPv6套接字地址结构 sockaddr_in6 （非本文重点）
IPv4，IPv6通用地址结构：struct sockaddr
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; // 2字节
char sa_data[14] //14字节
};
应用场景：
当调用编程接口函数，且该函数需要传入地址结构时需要用struct sockaddr进行强制转换
struct sockaddr_in my_addr;
bind(sockfd,(sockaddr*)&my_addr,sizeof(my_addr));
5.3.2 bind()
**让套接字 拥有一个固定的IP、端口信息**
bind只能绑定自身的IP
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr，socklen_t addrlen);
功能：
将本地协议地址与sockfd绑定
参数：
sockfd： socket套接字
myaddr： 指向特定协议的地址结构指针
addrlen：该地址结构的长度
返回值：
成功：返回0
失败：其他
5.3.3 sendto()（UDP）/ send()（TCP）
**发送udp数据**
ssize_t sendto(int sockfd，const void *buf,size_t nbytes,int flags,const struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
功能：
向to结构体指针中指定的ip，发送UDP数据
参数：
sockfd：套接字
buf： 所要发送数据的内容。发送数据缓冲区
nbytes: 所要发送数据的内容大小。发送数据缓冲区的大小
flags：一般为0
to： 指向目的主机地址结构体的指针
addrlen：to所指向内容的长度
注意：
通过to和addrlen确定目的地址
可以发送0长度的UDP数据包
返回值：
成功:发送数据的字符数
失败: -1
5.3.4 recvfrom()（UDP）/recv()（TCP）
接受数据
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf,size_t nbytes,int flags，struct sockaddr *from, socklen_t *addrlen);
功能：
接收UDP数据，并将源地址信息保存在from指向的结构中
参数：
sockfd: 套接字
buf： 接收数据缓冲区
nbytes: 接收数据缓冲区的大小
flags： 套接字标志(常为0)
from： 源地址结构体指针，用来保存数据的来源
addrlen: from所指内容的长度
注意：
通过from和addrlen参数存放数据来源信息
from和addrlen可以为NULL, 表示不保存数据来源
返回值：
成功:接收到的字符数
失败: -1
5.3.5 connect() （TCP）
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
5.3.6 listen() （TCP）
int listen(int sockfd, int backlog);
5.3.7 accept() （TCP）
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
5.4 代码示例
5.4.1 proto.h
#ifndef PROTO_H__
#define PROTO_H__
#define RCVPORT "1998"
#define NAMESIZE 1024
struct msg_st
{
char name[NAMESIZE];
uint32_t math;
uint32_t chinese;
}__attribute__((packed)); //取消字节对齐
#endif
5.4.2 client.cpp
socket – sendto – close
#include <iostream>
using namespace std;
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include "proto.h"
int main()
{
int fd;
// iPv4 结构体 sockaddr_in
struct sockaddr_in raddr;
struct msg_st rbuf;
//创建一个udp套接字
fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(fd<0)
{
perror("socket():");
exit(1);
}
//协议
raddr.sin_family = AF_INET;
//将主机字节序转换成网络字节序
raddr.sin_port = htons(atoi(RCVPORT));
//将字符串转换成32位整形数据 赋值IP地址
inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&raddr.sin_addr);
cout<<"输入您的内容:"<<endl;
scanf("%s",rbuf.name);
//发送数据
if(sendto(fd,&rbuf,sizeof(rbuf),0,(sockaddr *)&raddr,sizeof(raddr) )<0 )
{
perror("sendto()");
exit(1);
}
//关闭套接字
close(fd);
exit(0);
}
5.4.3 server.cpp
socket – bind – recvfrom – close
#include <iostream>
using namespace std;
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include "proto.h"
int main()
{
int fd;
struct sockaddr_in laddr,raddr;
struct msg_st rbuf;
socklen_t addrlen;
fd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
if(fd<0)
{
perror("socket():");
exit(1);
}
raddr.sin_family = AF_INET;
raddr.sin_port = htons(atoi(RCVPORT));
inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&raddr.sin_addr);
//收取数据要bind
if(bind(fd,(sockaddr *)&raddr,sizeof(raddr) ) <0)
{
perror("bind():");
exit(1);
}
addrlen = sizeof(laddr);
while(1)
{
if(recvfrom(fd,&rbuf,sizeof(rbuf),0,(sockaddr *)&laddr,(socklen_t *)&addrlen )<0 )
{
perror("sendto()");
exit(1);
}
cout<<rbuf.name <<endl;
}
close(fd);
exit(0);
}
6.基于TCP的socket编程
注意要点：
TCP连接过程中应用层接口的各个含义原理
TCP数据报结构
三次握手建立连接原理
四次挥手断开连接原理
6.1 TCP C/S编程架构
6.2 TCP C/S 一般流程
Client（客户端）： socket() -> connect() -> send()/recv() -> close()
Server（服务端）：socket() -> bind() -> listen() -> accept() -> recv()/send() -> close()
6.3 代码示例
6.3.1 client.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
#include <cstring>
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
int main()
{
//client ----- socket -> connect -> send -> close
//1.socket
int c_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(c_fd == -1)
cout << "socket():" <<strerror(errno) <<endl;
//2.connect
sockaddr_in c_addr;
c_addr.sin_family = AF_INET;
c_addr.sin_port = htons(1989);
inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&c_addr.sin_addr);
cout <<"?"<<endl;
int ret =connect(c_fd, (sockaddr *)&c_addr,sizeof(c_addr));
if(ret == -1)
cout<<"connect():" <<strerror(errno) <<endl;
//3.send
while(true)
{
char buf[3] = "NO";
if ( send(c_fd,buf,sizeof(buf),0) ==-1)
cout<<"send():" <<strerror(errno) <<endl;
cout << "send successed! " <<endl;
sleep(2);
}
//4.close
close(c_fd);
return 0;
}
6.3.2 server.cpp
#include <iostream>
using namespace std;
#include <iostream>
using namespace std;
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <cstring>
int main()
{
int cnt=0;
//server socket->bind->listen->accept->recv->close
//1.socket
int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listenfd == -1)
{
cout<< "socket():" <<strerror(errno) <<endl;
return -1;
}
//2.bind
sockaddr_in bindaddr;
bindaddr.sin_family = AF_INET;
bindaddr.sin_port = htons(1989);
inet_pton(AF_INET,"0.0.0.0",&bindaddr.sin_addr);
if ( bind(listenfd,(sockaddr *)&bindaddr,sizeof(bindaddr)) == -1)
{
cout<< "bind():" <<strerror(errno) <<endl;
return -1;
}
//3.listen
if ( listen(listenfd,8) == -1)
{
cout<< "listen():" <<strerror(errno) <<endl;
return -1;
}
//4.accept
sockaddr_in clientaddr;
socklen_t clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
int clientfd = accept(listenfd, (sockaddr *)&clientaddr,&clientaddrlen);
if(clientfd ==-1)
{
cout<< "accept():" <<strerror(errno) <<endl;
return -1;
}
while(true)
{
char recvbuf[3];
if(recv(clientfd,recvbuf,sizeof(recvbuf),0) ==-1)
{
cout << "recv():" << strerror(errno) <<endl;
return -1;
}
++cnt;
cout << cnt <<"--connection is suceessed ! "<<endl;
}
//close(clientfd);
close(listenfd);
return 0;
}
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