关键词：
一、什么是 socket ？
- Socket 的英文原义是“孔”或“插座”。在编程中，Socket 被称做套接字，是网络通信中的一种约定。Socket 编程的应用无处不在，我们平时用的 QQ、微信、浏览器等程序，都与 Socket 编程有关。
- 那么我们使用浏览器查资料，这个过程的技术原理是怎样的呢？如下所示：
- 使用浏览器，有两个重要的名词：服务端与客户端，Socket 编程的目的就是如何实现这两端之间的通信。
二、Socket 编程的重要概念
① IP 地址
- IP 地址（Internet Protocol Address）是指互联网协议地址，又译为网际协议地址。IP 地址被用来给 Internet 上的电脑一个编号，可以把“个人电脑”比作“一台电话”，那么“IP 地址”就相当于“电话号码”。若计算机 1 知道计算机 2 的 IP 地址，则计算机 1 就能访问计算机 2。
- IP 地址是一个 32 位的二进制数，通常被分割为 4 个“8位二进制数”（也就是 4 个字节）。IP 地址通常用点分十进制表示成（a.b.c.d）的形式，其中，a,b,c,d 都是 0~255 之间的十进制整数。例：点分十进 IP 地址（100.4.5.6），实际上是 32 位二进制数（01100100.00000100.00000101.00000110）。
- IP 地址有 IPv4 与 IPv6 之分，现在用得较多的是 IPv4。其中，有一个特殊的 IP 地址需要记住：127.0.0.1，这是回送地址，即本地机，一般用来测试使用。
② TCP/IP 端口
- 若计算机 1 知道计算机 2 的 IP 地址，则计算机 1 就能访问计算机 2。但是，要访问计算机 2 中的不同的应用软件，则还得需要一个信息：端口。
- 服务端口，最多可以有65536个，使用 16bit 进行编号，即其范围为：0 ~ 65535。但 0 ~ 1023 的端口一般由系统分配给特定的服务程序，例如 Web 服务的端口号为 80，FTP 服务的端口号为 21 等。
③ 协议
- 协议（Protocol）是通信双方进行数据交互的一种约定，如 TCP、UDP 协议。
- TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议，数据可以准确发送，数据丢失会重发，TCP 协议常用于 web 应用中。
- TCP 连接（三次握手）：TCP 传输起始时，客户端、服务端要完成三次数据交互工作才能建立连接，常称为三次握手。可形象比喻为如下对话：
-
- 客户端：服务端您好，我有数据要发给你，请求您开通访问权限。
-
- 服务端：客户端您好，已给您开通权限，您可以发送数据了。
-
- 客户端：收到，谢谢。
- TCP 连接（三次握手）具体示意图为：
- 说明：SYN 和 ACK 是都是标志位，其中 SYN 代表新建一个连接，ACK 代表确认。其中 m、n 都是随机数。具体说明如：
-
- 第一次握手：SYN 标志位被置位，客户端向服务端发送一个随机数 m。
-
- 第二次握手：ACK、SYN 标志位被置位。服务端向客户端发送 m+1 表示确认刚才收到的数据，同时向客户端发送一个随机数 n。
-
- 第三次握手：ACK 标志被置位，客户端向服务端发送 n+1 表示确认收到数据。
- TCP 断开（四次挥手）：TCP 断开连接时，客户端、服务端要完成四次数据交互工作才能建立连接，常称为四次挥手。可形象比喻为如下对话：
-
- 客户端：服务端您好，我发送数据完毕了，即将和您断开连接。
-
- 服务端：客户端您好，我稍稍准备一下，再给您断开
-
- 服务端：客户端您好，我准备好了，您可以断开连接了。
-
- 客户端：好的，合作愉快。
- TCP 断开（四次挥手）具体示意图为：
- FIN 也是一个标志位，代表断开连接，类似三次握手。
- 为什么建立连接只需要三次数据交互，而断开连接需要四次呢？
-
- 建立连接时，服务端在监听状态下，收到建立连接请求的 SYN 报文后，把 ACK 和 SYN 放在一个报文里发送给客户端。
-
- 而关闭连接时，当收到对方的 FIN 报文时，仅仅表示对方不再发送数据了但是还能接收数据，己方也未必全部数据都发送给对方了，所以己方可以立即 close，也可以发送一些数据给对方后，再发送 FIN 报文给对方来表示同意现在关闭连接，因此，己方 ACK 和 FIN 一般都会分开发送。
- UDP 协议：UDP（User Datagram Protocol， 用户数据报协议）是一种无连接的传输层协议，提供面向事务的简单不可靠信息传送服务，可以保证通讯效率，传输延时小。例如视频聊天应用中用的就是 UDP 协议，这样可以保证及时丢失少量数据，视频的显示也不受很大影响。
- 什么是协议族？协议族是多个协议的统称。比如 TCP/IP 协议族，其不仅仅是 TCP 协议、IP 协议，而是多个协议的集合，其包含 IP、TCP、UDP、FTP、SMTP 等协议。
三、socket 编程的 API 接口
① Linux 下的 socket API 接口
- 创建 socket：socket()函数
-
- 函数原型，如下所示：
int socket(int af, int type, int protocol);
-
- 函数说明：
-
-
- af 参数：af 为地址族（Address Family），也就是 IP 地址类型，常用的有 AF_INET 和 AF_INET6，其前缀也可以是 PF（Protocol Family），即 PF_INET 和 PF_INET6。
-
-
-
- type 参数：type 为数据传输方式，常用的有 面向连接（SOCK_STREAM）方式（即 TCP） 和 无连接（SOCK_DGRAM）的方式（即 UDP）。
-
-
-
- protocol 参数：protocol 表示传输协议，常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP，分别表示 TCP 传输协议和 UDP 传输协议。
-
-
- 创建 TCP 套接字：
int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
-
- 创建 UDP 套接字：
int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
- 绑定套接字：bind() 函数
-
- 函数原型，如下所示：
int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
-
- 函数说明：
-
-
- sock 参数：sock 为 socket 文件描述符。
-
-
-
- addr 参数：addr 为 sockaddr 结构体变量的指针。
-
-
-
- addrlen 参数：addrlen 为 addr 变量的大小，可由 sizeof() 计算得出。
-
-
- 将创建的套接字 ServerSock 与本地 IP127.0.0.1、端口 1314 进行绑定：
/* 创建服务端socket */
int ServerSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
/* 设置服务端信息 */
struct sockaddr_in ServerSockAddr;
memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr));
// 给结构体ServerSockAddr清零
ServerSockAddr.sin_family = PF_INET;
// 使用IPv4地址
ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
// 本机IP地址
ServerSockAddr.sin_port = htons(1314); // 端口
/* 绑定套接字 */
bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR));
-
- 其中 struct sockaddr_in 类型的结构体变量用于保存 IPv4 的 IP 信息，若是 IPv6，则有对应的结构体：
struct sockaddr_in6
sa_family_t sin6_family; // 地址类型，取值为AF_INET6
in_port_t sin6_port; // 16位端口号
uint32_t sin6_flowinfo; // IPv6流信息
struct in6_addr sin6_addr; // 具体的IPv6地址
uint32_t sin6_scope_id; // 接口范围ID
;
- 建立连接：connect() 函数
-
- 函数原型，参数与 bind() 的参数类似，如下所示：
int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
-
- 使用示例：
int ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
connect(ClientSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR));
- 监听：listen() 函数
-
- 函数如下所示：
int listen(int sock, int backlog);
-
- 函数的参数说明：
-
-
- sock 参数：sock 为需要进入监听状态的套接字。
-
-
-
- backlog 参数：backlog 为请求队列的最大长度。
-
-
- 使用示例：
/* 进入监听状态 */
listen(ServerSock, 10);
- 接收请求：accept() 函数
-
- 函数如下所示：
int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
-
- 函数参数说明：
-
-
- sock 参数：sock 为服务器端套接字。
-
-
-
- addr参数：addr 为 sockaddr_in 结构体变量。
-
-
-
- addrlen 参数：addrlen 为参数 addr 的长度，可由 sizeof() 求得。
-
-
-
- 返回值：一个新的套接字，用于与客户端通信。
-
-
- 使用示例：
/* 监听客户端请求，accept函数返回一个新的套接字，发送和接收都是用这个套接字 */
int ClientSock = accept(ServerSock, (SOCKADDR*)&ClientAddr, &len);
- 关闭：close() 函数
-
- 函数如下：
int close(int fd);
-
- 函数参数 fd：要关闭的文件描述符。
-
- 使用示例：
close(ServerSock);
- 数据的接收和发送
-
- 数据收发函数有几组：
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()
-
- 函数原型如下：
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
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);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
-
- recv() 函数：
-
-
- sockfd 参数：sockfd 为要接收数据的套接字。
-
-
-
- buf 参数：buf 为要接收的数据的缓冲区地址。
-
-
-
- len 参数：len 为要接收的数据的字节数。
-
-
-
- flags 参数：flags 为接收数据时的选项，常设为 0。
-
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
-
- send() 函数：
-
-
- sockfd 参数：sockfd 为要发送数据的套接字。
-
-
-
- buf 参数：buf 为要发送的数据的缓冲区地址。
-
-
-
- len 参数：len 为要发送的数据的字节数。
-
-
-
- flags 参数：flags 为发送数据时的选项，常设为 0。
-
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
-
- recvfrom() 函数：
-
-
- sock：用于接收 UDP 数据的套接字；
-
-
-
- buf：保存接收数据的缓冲区地址；
-
-
-
- nbytes：可接收的最大字节数（不能超过 buf 缓冲区的大小）；
-
-
-
- flags：可选项参数，若没有可传递 0；
-
-
-
- from：存有发送端地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址；
-
-
-
- addrlen：保存参数 from 的结构体变量长度的变量地址值。
-
ssize_t recvfrom(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockadr *from, socklen_t *addrlen);
-
- sendto() 函数：
-
-
- sock：用于传输 UDP 数据的套接字；
-
-
-
- buf：保存待传输数据的缓冲区地址；
-
-
-
- nbytes：带传输数据的长度（以字节计）；
-
-
-
- flags：可选项参数，若没有可传递 0；
-
-
-
- to：存有目标地址信息的 sockaddr 结构体变量的地址；
-
-
-
- addrlen：传递给参数 to 的地址值结构体变量的长度。
-
ssize_t sendto(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addrlen);
② windows 下的 socket API 接口
SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);
int connect(SOCKET sock, const struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);
int listen(SOCKET sock, int backlog);
SOCKET accept(SOCKET sock, struct sockaddr *addr, int *addrlen);
int closesocket( SOCKET s);
int send(SOCKET sock, const char *buf, int len, int flags);
int recv(SOCKET sock, char *buf, int len, int flags);
int recvfrom(SOCKET sock, char *buf, int nbytes, int flags, const struct sockaddr *from, int *addrlen);
int sendto(SOCKET sock, const char *buf, int nbytes, int flags, const struct sockadr *to, int addrlen);
③ TCP、UDP 通信的 socket 编程流程图
- TCP 通信 socket 编程流程：
- UDP 通信 socket 编程流程：
四、socket 的应用实例
① 基于 TCP 的本地客户端、服务端信息交互实例
- 本例的例子实现的功能为：本地 TCP 客户端往本地 TCP 服务端发送数据，TCP 服务端收到数据则会打印输出，同时把原数据返回给 TCP 客户端。这个例子类似于在做单片机的串口实验时，串口上位机往我们的单片机发送数据，单片机收到数据则把该数据原样返回给上位机。
- windows 的程序：
-
- 服务端程序 tcp_server.c：
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#define BUF_LEN 100
int main(void)
WSADATA wd;
SOCKET ServerSock, ClientSock;
char Buf[BUF_LEN] = 0;
SOCKADDR ClientAddr;
SOCKADDR_IN ServerSockAddr;
int addr_size = 0, recv_len = 0;
/* 初始化操作sock需要的DLL */
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wd);
/* 创建服务端socket */
if (-1 == (ServerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
printf("socket error!\\n");
exit(1);
/* 设置服务端信息 */
memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr)); // 给结构体ServerSockAddr清零
ServerSockAddr.sin_family = AF_INET; // 使用IPv4地址
ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");// 本机IP地址
ServerSockAddr.sin_port = htons(1314); // 端口
/* 绑定套接字 */
if (-1 == bind(ServerSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR)))
printf("bind error!\\n");
exit(1);
/* 进入监听状态 */
if (-1 == listen(ServerSock, 10))
printf("listen error!\\n");
exit(1);
addr_size = sizeof(SOCKADDR);
while (1)
/* 监听客户端请求，accept函数返回一个新的套接字，发送和接收都是用这个套接字 */
if (-1 == (ClientSock = accept(ServerSock, (SOCKADDR*)&ClientAddr, &addr_size)))
printf("socket error!\\n");
exit(1);
/* 接受客户端的返回数据 */
int recv_len = recv(ClientSock, Buf, BUF_LEN, 0);
printf("客户端发送过来的数据为：%s\\n", Buf);
/* 发送数据到客户端 */
send(ClientSock, Buf, recv_len, 0);
/* 关闭客户端套接字 */
closesocket(ClientSock);
/* 清空缓冲区 */
memset(Buf, 0, BUF_LEN);
/*如果有退出循环的条件，这里还需要清除对socket库的使用*/
/* 关闭服务端套接字 */
//closesocket(ServerSock);
/* WSACleanup();*/
return 0;
-
- 客户端程序 tcp_client.c：
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#define BUF_LEN 100
int main(void)
WSADATA wd;
SOCKET ClientSock;
char Buf[BUF_LEN] = 0;
SOCKADDR_IN ServerSockAddr;
/* 初始化操作sock需要的DLL */
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wd);
/* 向服务器发起请求 */
memset(&ServerSockAddr, 0, sizeof(ServerSockAddr));
ServerSockAddr.sin_family = AF_INET;
ServerSockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
ServerSockAddr.sin_port = htons(1314);
while (1)
/* 创建客户端socket */
if (-1 == (ClientSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP)))
printf("socket error!\\n");
exit(1);
if (-1 == connect(ClientSock, (SOCKADDR*)&ServerSockAddr, sizeof(SOCKADDR)))
printf("connect error!\\n");
exit(1);
printf("请输入一个字符串，发送给服务端：");
gets(Buf);
/* 发送数据到服务端 */
send(ClientSock, Buf, strlen(Buf), 0);
/* 接受服务端的返回数据 */
recv(ClientSock, Buf, BUF_LEN, 0);
printf("服务端发送过来的数据为：%s\\n", Buf);
memset(Buf, 0, BUF_LEN); // 重置缓冲区
closesocket(ClientSock); // 关闭套接字
// WSACleanup(); /*如果有退出循环的条件，这里还需要清除对socket库的使用*/
return 0;
- 上面的 IP 地址概念那一部分中，有强调 127.0.0.1 这个 IP 是一个特殊的 IP 地址，这是回送地址，即本地机，一般用来测试使用。此外，端口设置为 1314，这是随意设置的，只要范围在 1024~65536 之间就可以。
- 使用 gcc 编译器编译，编译命令如下：
gcc tcp_client.c -o tcp_client.exe -lwsock32
gcc tcp_server.c -o tcp_server.exe -lwsock32
- 这里必须要加 -lwsock32 这个参数用于链接 windows 下 socket 编程必须的 winsock2 这个库。若是使用集成开发环境，则需要把 wsock32.lib 放在工程目录下，并在代码中 #include <winsock2.h> 下面加上一行 #pragma comment(lib, “ws2_32.lib”) 代码。
- 先启动服务端程序 tcp_server，再启动客户端程序 tcp_client，并在客户端中输入字符串，则当服务端会接收到字符串时会打印输出，与此同时也会往客户端返回相同的数据：
// tcp_server
客户端发送过来的数据为：hello
客户端发送过来的数据为：5201314
// tcp_client
请输入一个字符串，发送给服务端：hello
服务端发送过来的数据为：hello
请输入一个字符串，发送给服务端：5201314
服务端发送过来的数据为：5201314
请输入一个字符串，发送给服务端：
- Linux 程序
-
- 在 linux 下，“一切都是文件”，所以这里的套接字也当做文件来看待。
-
- 服务端程序 linux_tcp_server.c：
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#define BUF_LEN 100
int main(void)
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