Socket学习
1 Socket
1.1 什么是socket
An Internet socket is characterized by a unique combination of the following:
Local socket address: Local IP address and port number
Remote socket address: Only for established TCP sockets. As discussed in the client-server section below, this is necessary since a TCP server may serve several clients concurrently. The server creates one socket for each client, and these sockets share the same local socket address.
Protocol: A transport protocol (e.g., TCP, UDP, raw IP, or others). TCP port 53 and UDP port 53 are consequently different, distinct sockets.[1]
1.2 socket协议
常用的TCP/IP协议的3种套接字类型如下所示。
流套接字（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）：
原始套接字与标准套接字（标准套接字指的是前面介绍的流套接字和数据包套接字）的区别在于：原始套接字可以读写内核没有处理的IP数据包，而流套接字只能读取TCP协议的数据，数据包套接字只能读取UDP协议的数据。因此，如果要访问其他协议发送数据必须使用原始套接字。[2]
2 socket角色
对于一个给定的请求过程或者说一个连接，其中只有两个角色，客户端和服务器端。请求的发起方为客户端，请求接收方为服务器端。
2.1 客户端
2.1.1 客户端
客户端是一次请求的发起者，因此客户端需要确立服务器端的IP，端口以及协议。客户端向服务器发出数据请求时，操作系统会根据客户端，临时分配一个空闲的端口给客户端。这也就意味着在请求发起前，客户端的端口号其实是未知的。
客户端的端口号是在创建套接字时分配，在关闭套接字时收回（注：关闭后立即再次创建套接字，分配的端口也会不同，具体分配方式由操作系统定义）。
客户端的角色是请求的发起方，响应数据的接受方。
2.1.2 UDP客户端处理流程
建立套接字（socket()）---->向服务器发送请求数据（sendto()）---->等待服务器应答数据（recvfrom()）---->关闭客户端 socket.
UDP由于不需要建立握手，因此只要知道服务器端地址和端口号，即可发送数据。
2.1.3 TCP客户端处理流程
创建套接字---->connect（连接服务器）----收发数据报---->关闭套接字
客户端在调用connect时，由操作系统完成三次握手。之后可以进行同服务器端进行通信，通过send和recv收发数据包。
2.2 服务器端
2.2.1 服务器端
服务器端作为请求的响应者，需要被动接受客户端的请求。
服务器端建立套接字，并进行端口绑定。服务器端有相对固定的IP和端口号，便于客户端进行访问。服务器端在收到客户端的请求时，可以获取客户端的信息（客户端的IP地址，客户端的临时端口号）。服务器端在发送应答数据时，需要根据收到的客户端的请求中解析出的客户端IP和端口，进行数据发送。这也就是意味着服务器端在接受请求前，并不知道客户端的IP和端口。
服务器端的角色与客户端相反。服务器端是请求的接受，即可以接受服务器端的请求；响应数据的发起方，即可以向客户端发送响应数据。
2.2.2 UDP服务器端处理流程
建立套接字（socket()），套接字可以理解为文件打开符号---->绑定某 IP 地址和端口号（bind()），客户端将连接此 IP 地址和端口号---->接收客户端的数据请求（recvfrom()），此函数一直阻塞直到接收到数据为止---->事务处理---->向客户端发送应答数据(sendto())->关闭服务器端 socket
服务器端需要接收到客户端的请求后，获取客户端的IP和端口。在向客户端发送响应数据时，使用获取的客户端IP和端口号进行发送。
2.2.3 TCP服务器端处理流程
创建套接字---->绑定---->listen（监听是否有连接请求）---->accept（接受连接请求，获取客户端的IP地址、端口）---->send、recv（收发数据报）---->关闭套接字
由于是面向连接的TCP，服务器端需要一直建立监听，监听是否有连接请求。在收到客户端的connect时，使用accept响应其三次握手请求。而后可以同客户端进行数据包的发送和接收。
3 Socket函数
详细的函数可以参见《Beej网络socket编程指南》。
4 TCP样例分析
4.1 服务器端
01 #include "stdafx.h"
02 #define BUF_SZIE 64
03 #include "winsock2.h"
04 #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
05
06 int main(int argc, char* argv[])
07 {
08 WSADATA wsd;
09 /*初始化套结字动态库*/
10 if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd) != 0)
11 {
12 printf("WSAStartup failed!\n");
13 return 1;
14 }
15
16 /*创建套接字*/
17 SOCKET sServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
18 if(INVALID_SOCKET == sServer)
19 {
20 printf("socket failed!\n");
21 WSACleanup();
22 return -1;
23 }
24
25 /*服务器套接字地址*/
26 SOCKADDR_IN addrServ;
27 addrServ.sin_family = AF_INET;
28 addrServ.sin_port = htons(4999);
29 addrServ.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
30
31 /*绑定套接字*/
32 int retVal = bind(sServer, (LPSOCKADDR)&addrServ, sizeof(SOCKADDR_IN));
33 if (SOCKET_ERROR == retVal)
34 {
35 closesocket(sServer);
36 WSACleanup();
37 return -1;
38 }
39
40 /*开始监听*/
41 retVal = listen(sServer, 1);
42 if(SOCKET_ERROR == retVal)
43 {
44 closesocket(sServer);
45 WSACleanup();
46 return -1;
47 }
48
49 /*接受客户端请求*/
50 sockaddr_in addrClient;
51 int addrClientlen = sizeof(addrClient);
52 SOCKET sClient = accept(sServer,(sockaddr FAR*)&addrClient, &addrClientlen);
53 if(INVALID_SOCKET == sClient)
54 {
55 closesocket(sServer);
56 WSACleanup();
57 return -1;
58 }
59
60
61 /*接收客户端数据*/
62 char buf[BUF_SZIE];
63 ZeroMemory(buf, BUF_SZIE);
64 retVal = recv(sClient, buf, BUF_SZIE, 0);
65 if (SOCKET_ERROR == retVal)
66 {
67 closesocket(sServer);
68 closesocket(sClient);
69 WSACleanup();
70 return -1;
71 }
72
73 printf("%s\n", buf);
74
75 /*退出*/
76 closesocket(sServer);
77 closesocket(sClient);
78 WSACleanup();
79 getchar();
80
81 return 0;
82 }4.2 客户端
01 #include "stdafx.h"
02 #define BUF_SZIE 64
03 #include "winsock2.h"
04 #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
05
06 int main(int argc, char* argv[])
07 {
08 WSADATA wsd;
09 if (WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsd) != 0)
10 {
11 printf("WSAStartup failed!\n");
12 return -1;
13 }
14
15 /*创建套接字*/
16 SOCKET sHost = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
17 if(INVALID_SOCKET == sHost)
18 {
19 WSACleanup();
20 return -1;
21 }
22
23 /*设置服务器地址*/
24 SOCKADDR_IN servAddr;
25 servAddr.sin_family =AF_INET;
26 servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
27 servAddr.sin_port = htons((short)4999);
28 int nServAddlen = sizeof(servAddr);
29
30 /*连接服务器*/
31 int retVal = connect(sHost, (LPSOCKADDR)&servAddr, sizeof(servAddr));
32 if(SOCKET_ERROR == retVal)
33 {
34 closesocket(sHost);
35 WSACleanup();
36 return -1;
37 }
38
39 /*向服务器发送数据*/
40 char buf[BUF_SZIE];
41 ZeroMemory(buf, BUF_SZIE);
42 strcpy(buf, "Hello world");
43 retVal = send(sHost, buf, strlen(buf), 0);
44 if (SOCKET_ERROR == retVal)
45 {
46 closesocket(sHost);
47 WSACleanup();
48 return -1;
49 }
50
51 /**退出*/
52 closesocket(sHost);
53 WSACleanup();
54
55 getchar();
56 return 0;
57 }5 UDP样例分析
5.1 服务器端
01 #include <stdio.h>
02 #include <winsock.h>
03 #define CPORT 1520
04 #define VERSIONRE MAKEWORD(2, 2)
05
06 int main()
07 {
08 int s; //define two sockets
09 int nError;
10 WSADATA wsadata;
11 struct sockaddr_in sin, clientaddr; //define an address
12 int retVal;
13 char buf[64];
14 int addrLen;
15
16 addrLen = sizeof(clientaddr);
17 memset(buf,64,0);
18 nError = WSAStartup(VERSIONRE, &wsadata);
19 if (nError != 0)
20 {
21 printf("None avaliable DLL!\n");
22 return -1;
23 }
24
25 sin.sin_family = AF_INET;
26 sin.sin_port = htons((unsigned short)CPORT);
27 sin.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY);
28
29 s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//make a socket
30 if (s == INVALID_SOCKET)
31 {
32 printf("socket failed!\n");
33 closesocket(s);
34 WSACleanup();
35 return -1;
36 }
37
38 retVal = bind(s, (struct sockaddr*)(&sin), sizeof(sin));//bind socket to address
39 if (retVal == SOCKET_ERROR)
40 {
41 printf("bind failed!\n");
42 closesocket(s);
43 WSACleanup();
44 return -1;
45 }
46
47 retVal = recvfrom(s, buf, 64, 0, (struct sockaddr*)(&clientaddr),&addrLen);
48 if (retVal == SOCKET_ERROR)
49 {
50 printf("recv failed!\n");
51 closesocket(s);
52 WSACleanup();
53 return -1;
54 }
55 buf[retVal] = 0;
56 printf("%s\n",buf);
57
58 memset(buf, 64, 0);
59 strcpy(buf,"Hello!\n");
60 retVal = sendto(s, buf, 64, 0, (struct sockaddr*)(&clientaddr),sizeof(clientaddr));
61 if (retVal == SOCKET_ERROR)
62 {
63 printf("send failed!\n");
64 closesocket(s);
65 WSACleanup();
66 return -1;
67 }
68
69
70 closesocket(s);//close socket
71
72 WSACleanup();
73 return 0;
74 }5.2 客户端
01 #include <stdio.h>
02 #include <winsock.h>
03
04 #define CPORT 1520
05 #define VERSIONRE MAKEWORD(2, 2)
06
07 int main()
08 {
09 int s; //define a socket
10 int nError;
11 WSADATA wsadata;
12 struct sockaddr_in sin; //define an address
13 int sendval;
14 char buf[64];
15 int addrLen;
16
17 addrLen = sizeof(sin);
18 memset(buf, 64, 0);
19 strcpy(buf, "MyUDP");
20 nError = WSAStartup(VERSIONRE, &wsadata);
21 if (nError != 0)
22 {
23 printf("wsastartup failed!\n");
24 return -1;
25 }
26
27 sin.sin_family = AF_INET;
28 sin.sin_port = htons((unsigned short)CPORT);
29 sin.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
30
31 s = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);//make a socket
32 if (s == INVALID_SOCKET)
33 {
34 printf("socket failed!\n");
35 WSACleanup();
36 return -1;
37 }
38
39 sendval = sendto(s, buf, strlen(buf), 0, (struct sockaddr *)(&sin), sizeof(sin));
40
41 if (sendval == SOCKET_ERROR)
42 {
43 printf("send failed!\n");
44 closesocket(s);
45 WSACleanup();
46 return -1;
47 }
48
49 sendval = recvfrom(s, buf, 64, 0, (struct sockaddr*)(&sin),&addrLen);
50 if (sendval == SOCKET_ERROR)
51 {
52 printf("recv failed!\n");
53 closesocket(s);
54 WSACleanup();
55 return -1;
56 }
57 printf("%s\n",buf);
58
59 closesocket(s);//close socket
60 WSACleanup();
61 return 0;
62 }
6 参考资料
[1] Network socket http://en.wikipedia.org/wiki/Internet_socket
[2] 套接字 http://baike.baidu.com/view/538713.htm
[3] Beej网络socket编程指南 http://blog.csdn.net/ghj1976/article/details/3482
[4] 基本UDP套接字编程 http://blog.sina.com.cn/s/blog_7dc276cd0100ub1t.html
[5] TCP socket编程 http://www.cnblogs.com/zhfuliang/archive/2012/02/26/2368905.html
[6] TCP三次握手及四次挥手详细图解 http://www.cnblogs.com/hnrainll/archive/2011/10/14/2212415.html