套接字通信socket

一、套接字的概念

​ 套接字是一种用于网络通信的编程接口，它提供了一种在不同主机上的进程之间进行通信的机制。套接字允许应用程序在网络上发送和接收数据，就像文件操作允许程序在本地存储上读写数据一样。它是网络通信的端点，每个套接字都由一个 IP 地址和一个端口号组成，通过这两个元素可以唯一地标识网络中的一个通信进程。

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二、套接字的类型

1. 流式套接字（Stream Sockets）：
   • 基于 TCP（Transmission Control Protocol）协议，提供面向连接、可靠的字节流服务。
   • 数据传输是顺序的、无差错的、无重复的，并且保证数据的完整性和可靠性。
   • 适用于需要可靠传输的应用，如文件传输、HTTP、SMTP、FTP 等。
   • 在 C++ 中，使用 SOCK_STREAM 常量表示。
2. 数据报套接字（Datagram Sockets）：
   • 基于 UDP（User Datagram Protocol）协议，提供无连接、不可靠的数据报服务。
   • 每个数据报是独立的消息，不保证顺序，也不保证接收方一定能收到数据报。
   • 适合对传输速度要求较高但对数据完整性要求相对较低的应用，如音频、视频流、DNS 查询等。
   • 在 C++ 中，使用 SOCK_DGRAM 常量表示。

三、套接字的地址结构
在 C++ 中，使用 sockaddr_in 结构来表示 IPv4 地址，主要成员包括：

struct sockaddr_in {
    short sin_family;    // 地址族，一般为 AF_INET（IPv4）
    unsigned short sin_port;  // 端口号，需要使用 htons 转换为网络字节序
    struct in_addr sin_addr;  // IP 地址结构体
    char sin_zero[8];    // 填充字节，一般不用
};

in_addr 结构包含一个 s_addr 成员，存储 32 位的 IPv4 地址，可以使用 inet_addr 函数将点分十进制的 IP 地址转换为网络字节序的 32 位整数。

四、套接字编程的基本步骤

服务器端：

​ 1.创建套接字：

int serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

• AF_INET：使用 IPv4 地址族。
• SOCK_STREAM：创建一个流式套接字（TCP）。
• 0：使用默认协议。
• 函数返回一个套接字描述符，若失败则返回 -1。

​ 2.绑定地址和端口：

struct sockaddr_in serverAddress;
serverAddress.sin_family = AF_INET;
serverAddress.sin_port = htons(8080);
serverAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bind(serverSocket, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress));

• 将服务器地址和端口绑定到创建的套接字上。
• htons 函数将端口号从主机字节序转换为网络字节序。
• INADDR_ANY 表示接受来自任何网络接口的连接。
• bind 函数将套接字与地址结构绑定，失败返回 -1。

​ 3.监听连接请求：

listen(serverSocket, 5);

• 开始监听客户端的连接请求。
• 5 表示等待队列的最大长度，即最多允许 5 个未处理的连接请求。
• 失败返回 -1。

​ 4.接受连接请求：

int clientSocket = accept(serverSocket, (struct sockaddr*)&clientAddress, &clientAddressLength);

• 阻塞函数，等待客户端的连接请求，一旦有请求就接受并创建一个新的套接字 clientSocket 用于与客户端通信。
• clientAddress 是一个 sockaddr_in 结构，存储客户端的地址信息。
• 失败返回 -1。

​ 5.数据传输：

char buffer[1024];
recv(clientSocket, buffer, sizeof(buffer), 0);
send(clientSocket, message, strlen(message), 0);

• recv 函数从客户端接收数据。
• send 函数向客户端发送数据。
• 可以使用 sendall 函数确保完整发送数据，处理可能的部分发送情况。

​ 6.关闭套接字：

close(clientSocket);
close(serverSocket);

• 关闭客户端和服务器的套接字，释放资源。

客户端：

​ 1.创建套接字：

int clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

• 与服务器创建套接字的过程相同。

​ 2.指定服务器地址和端口：

struct sockaddr_in serverAddress;
serverAddress.sin_family = AF_INET;
serverAddress.sin_port = htons(8080);
serverAddress.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

• 设置服务器的 IP 地址和端口号。
• inet_addr 函数将点分十进制的 IP 地址转换为网络字节序。

​ 3.连接服务器：

connect(clientSocket, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress));

• 向服务器发起连接请求，失败返回 -1。

​ 4.数据传输：

send(clientSocket, message, strlen(message), 0);
recv(clientSocket, buffer, sizeof(buffer), 0);

• 发送和接收数据。

​ 5.关闭套接字：

close(clientSocket);

五、重要函数详解

1. socket 函数：

int socket(int domain, int type, int protocol);

• domain：地址族，如 AF_INET（IPv4）或 AF_INET6（IPv6）。
• type：套接字类型，如 SOCK_STREAM（TCP）或 SOCK_DGRAM（UDP）。
• protocol：协议，通常为 0 表示使用默认协议。

2. bind 函数：

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• sockfd：套接字描述符。
• addr：指向包含地址和端口信息的 sockaddr 结构的指针。
• addrlen：addr 结构的长度。

3. listen 函数：

int listen(int sockfd, int backlog);

• sockfd：套接字描述符。
• backlog：等待队列的最大长度。

4. accept 函数：

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

• sockfd：监听套接字的描述符。
• addr：存储客户端地址信息的 sockaddr 结构指针。
• addrlen：addr 结构的长度指针，存储客户端地址长度。

5. connect 函数：

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• sockfd：客户端套接字描述符。
• addr：服务器的地址信息。
• addrlen：地址信息的长度。

6. send 和 recv 函数：

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

• sockfd：套接字描述符。
• buf：发送或接收数据的缓冲区。
• len：缓冲区的长度。
• flags：通常为 0，可设置为 MSG_OOB 等特殊标志