socket编程

一、sockket定义

在计算机通信领域，socket翻译为：“套接字”。他是计算机之间通讯的一种的方式。IP地址和端口能够在广袤的互联网中定位到要通信的程序，协议和数据传输方式规定了如何传输数据，有了这些，两台计算机就可以通信了。

二、实现通信的条件

两台计算机之间要通信必须知道对方的IP地址和端口号

2.1IP地址（IP Address）

　　计算机分布在全世界，彼此要通信，必须知道对方的确切的位置，通常是通过确定IP地址来进行通信的，我们计算机不知道IP地址对应的地理位置，通常是将IP地址封装到发送的数据包中，交给路由器处理，路由器通过算法，找到目标计算机，并将数据包传给他，完成一次通信。

目前主要有IPV4和IPV6两种，因IPV4资源已经耗尽，现阶段在推广IPV6

2.2端口（Port）

　　有了IP地址，虽然可以找到目标机，但是任然不能进行通信，因为通常一台计算机同时提供多种网路服务，通常有：FTP、SMTP、Web等服务，仅有IP地址，计算机可以接受到数据，但是不知道将数据包交给哪个网络进行处理，因此还不能正常通信。

　　计算机为了区分各种网络程序，会为每一个程序分配独一无二的端口号，例如：网络服务：80端口，FTP：21   SMTP:25。端口是虚拟的，可以将端口理解为门户，数据需要通过门户流进流出，每一个门户都有一个门牌号，就是端口号。

三、通信协议及数据传输方式

　　3.1 通信协议

协议（Protocol）就是网络通信的约定，通信的双方必须都遵守才能正常收发数据。协议有很多种，例如 TCP、UDP、IP 等，通信的双方必须使用同一协议才能通信。协议是一种规范，由计算机组织制定，规定了很多细节，例如，如何建立连接，如何相互识别等。

　　所谓协议族（Protocol Family），就是一组协议（多个协议）的统称。最常用的是 TCP/IP 协议族，它包含了 TCP、IP、UDP、Telnet、FTP、SMTP 等上百个互为关联的协议，由于 TCP、IP 是两种常用的底层协议，所以把它们统称为 TCP/IP 协议族。

　　2.2数据传输方式

　　计算机之间有很多数据传输方式，各有优缺点，常用的有两种：SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM。
　　1) SOCK_STREAM 表示面向连接的数据传输方式。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。
　　2) SOCK_DGRAM 表示无连接的数据传输方式。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。

　　QQ 视频聊天和语音聊天就使用 SOCK_DGRAM 传输数据，因为首先要保证通信的效率，尽量减小延迟，而数据的正确性是次要的，即使丢失很小的一部分数据，视频和音频也可以正常解析，最多出现噪点或杂音，不会对通信质量有实质的影响。

 四、window/Linux编程实例

4.1 windows下Socket编程实例：

4.1.1 server.cpp

#include<stdio.h>
#include<winsock2.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

int main()
{
    // 初始化
    WSAData wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
    //创建套接字
    SOCKET serverSock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
    //绑定套接字
    sockaddr_in sockAddr;
    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));//每个字节都填充0
    sockAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");//具体的IP地址
    sockAddr.sin_family = PF_INET;//使用IPV4
    sockAddr.sin_port = htons(1234);
    bind(serverSock,(SOCKADDR*)&sockAddr,sizeof(SOCKADDR));

    //监听
    listen(serverSock,5);
    //接受客户端请求
    SOCKADDR clntAddr;
    int nSize = sizeof(SOCKADDR);
    SOCKET clntSock = accept(serverSock,(SOCKADDR*)&clntAddr,&nSize);

    //向客户端发送数据
    char *str = "hello world!";
    send(clntSock,str,strlen(str)+sizeof(char),NULL);
    //关闭套接字
    closesocket(clntSock);
    closesocket(serverSock);
    //终止DLL的使用
    WSACleanup();
    return 0;

}

4.2.2 client.cpp

#include<stdio.h>
#include<winsock2.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

int main()
{
    //初始化
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
    //创建套接字
    SOCKET sock = socket(PF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
    //向服务器发送请求
    sockaddr_in sockAddr;
    sockAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    sockAddr.sin_family = PF_INET;
    sockAddr.sin_port = htons(1234);
    connect(sock,(SOCKADDR*)&sockAddr,sizeof(SOCKADDR));
    //接受服务器传输的数据
    char szBuff[MAXBYTE];
    recv(sock,szBuff,MAXBYTE,NULL);
    printf("Message from server:%s
",szBuff);
    //关闭套接字
    closesocket(sock);
    WSACleanup();
    system("pause");
    return 0;
}

分别编译server.cpp和client.cpp,选运行server.exe，在运行client.exe，其结果为：Message form server: hello world!

 4.2 Linux下socket编程

　　4.2.1 server.cpp

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main(){
    //创建套接字
    int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

    //将套接字和IP、端口绑定
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每个字节都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

    //进入监听状态，等待用户发起请求
    listen(serv_sock, 20);

    //接收客户端请求
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);

    //向客户端发送数据
    char str[] = "Hello World!";
    write(clnt_sock, str, sizeof(str));
   
    //关闭套接字
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);

    return 0;
}

　　4.2.2  client.cpp

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

int main() {
    //创建套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    //向服务器（特定的IP和端口）发起请求
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每个字节都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

    //读取服务器传回的数据
    char buffer[40];
    read(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1);

    printf("Message form server: %s
", buffer);

    //关闭套接字
    close(sock);

    return 0;
}

　　先编译运行server.cpp

[admin@lcj ~]$ g++ server.cpp - o server
[admin@lcj ~]$ . / server

　　在编译client.cpp

[admin@lcj ~]$ g++ client.cpp -o client
[admin@lcj ~]$ ./client
Message form server: Hello World!

　　4.3 windows/linux中socket编程差异

　　1) Windows 下的 socket 程序依赖 Winsock.dll 或 ws2_32.dll，必须提前加载。DLL 有两种加载方式，请查看：动态链接库DLL的加载

　　2) Linux 使用“文件描述符”的概念，而 Windows 使用“文件句柄”的概念；Linux 不区分 socket 文件和普通文件，而 Windows 区分；Linux 下 socket() 函数的返回值为 int 类型，而 Windows 下为 SOCKET 类型，也就是句柄。

　　3) Linux 下使用 read() / write() 函数读写，而 Windows 下使用 recv() / send() 函数发送和接收。

　　4) 关闭 socket 时，Linux 使用 close() 函数，而 Windows 使用 closesocket() 函数。