一、socket套接字
“IP地址 + 端口号 ”就称为socket。在TCP协议里,建立连接的两个进程各自有一个socket标识,这两个socket pair就唯一标识一个连接,描述网络连接的一对一关系。
Linux的基本哲学就是“一切皆文件”,其实socket就是一种特殊的文件,是“open—write/read—close”模式的一种实现。
二、socket的基本操作
1.socket()函数
socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符,它唯一标识一个socket,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。
当我们调用socket创建一个socket时,返回的socket描述字它存在于协议族空间中,但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址,就必须调用bind()函数,否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain:即协议域(协议族)。常用的协议族有,AF_INET、AF_INET6等等。协议族决定了socket的地址类型,在通信中必须采用对应的地址,如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位)与端口号(16位)的组合。
type:指定socket类型,这里使用SOCK_STREAM。
protocol:指定协议。当proyocol为0时,会自动选择type类型对应的默认协议。
2.bind()函数
bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket,也就是将给描述字绑定一个名字。通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(ip地址+端口号),用于提供服务,客户端就可以通过它来接连服务器;但是客户端就不用指定,由系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了唯一标识一个socket。
addr:一个const struct sockaddr *指针,指向要绑定给sockfd的协议地址。
addrlen:地址的长度。
这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同。
ipv4对应的是:
struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */ in_port_t sin_port; /* port in network byte order */ struct in_addr sin_addr; /* internet address */ };/* Internet address. */ struct in_addr { uint32_t s_addr; /* address in network byte order */ };
注意:网络字节序。机器中数据的存储方式有大端(高位存在低地址,低位存在高地址)和小端(高位存在高地址,低位存在低地址)之分,同理,对于网络中传输的数据流同样有大小端之分,因此TCP/IP协议规定:网络数据流应采用大端字节序,即低地址高字节。
3.listen()、connect()函数
如果作为一个服务器,在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket,如果客户端这时调用connect()发出连接请求,服务器端就会接收到这个请求(建立与TCP服务器的连接)。
socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的,listen()函数将socket变为被动类型的,等待客户的连接请求。
int listen(int sockfd, int backlog); int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen()函数
sockfd:为要监听的socket描述字
backlog:为相应socket可以排队的最大连接个数
connect()函数
sockfd:为客户端的socket描述字
addr:为服务器的socket地址
addrlen:为socket地址的长度。
4.accept()函数
服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后,就会监听指定的socket地址了。客户端依次调用socket()、connect()之后就向服务器发送了一个连接请求。服务器监听到这个请求之后,就会调用accept()函数取接收请求,这样连接就建立好了。
如果accpet成功,那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字,代表与返回客户的TCP连接。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockfd:为服务器的socket描述字
addr:为指向struct sockaddr *的指针,用于返回客户端的协议地址
addrlen:为协议地址的长度。
注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字,它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字,当服务器完成了对某个客户的服务,相应的已连接socket描述字就被关闭。
三、编码实现
服务器端 server.c
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <string.h> #define _BACKLOG_ 5 static void usage(const char* proc) { printf("Usage:%s [ip] [port]\n",proc); } int main(int argc,char* argv[]) { if(argc != 3) { usage(argv[0]); return 1; } int size; int len; char* client_ip; int client_port; char* ip = argv[1]; int port =atoi(argv[2]); int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); if(listenfd < 0) { perror("socket"); return 2; } struct sockaddr_in local; local.sin_family = AF_INET; local.sin_port = htons(port); local.sin_addr.s_addr =inet_addr(ip); if(bind(listenfd, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local)) < 0) { perror("bind"); return 3; } if(listen(listenfd, _BACKLOG_) < 0) { perror("listen"); return 4; } printf("bind and listen success,wait accept...\n"); while(1) { struct sockaddr_in client; len = sizeof(client); client_ip = inet_ntoa(client.sin_addr); client_port = ntohs(client.sin_port); int socket = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&client, &len); if(socket < 0) { perror("accept"); continue; } char buf[1024]; while(1) { memset(buf, ‘\0‘, sizeof(buf)); size = read(socket, buf, sizeof(buf)-1); if(size == 0) { printf("client closed..."); return 6; } else if(size > 0) { printf("[client_ip:%s] [client port:%d]:# %s\n",client_ip,client_port,buf); continue; } else { perror("read"); break; } } } return 0; }
客户端 client.c
#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <string.h> static void usage(char* proc) { printf("%s [ip] [port]\n", proc); } int main(int argc, char* argv[]) { if(argc != 3) { usage(argv[0]); return 1; } char* ip = argv[1]; int port = atoi(argv[2]); int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(sock < 0) { perror("socket"); return 2; } struct sockaddr_in server; server.sin_family = AF_INET; server.sin_port = htons(port); server.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip); if(connect(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server)) < 0) { perror("connect"); return 3; } char buf[1024]; while(1) { memset(buf, ‘\0‘, sizeof(buf)); gets(buf); if(write(sock, buf, sizeof(buf)) < 0) { perror("write"); continue; } } return 0; }
结果: