Socket编程详解

1  计算机网络基础

1.1 OSI参考模型（略）

1.2 TCP/IP协议

 传输控制协议/网际协议，TCP/IP将网络分为四层，从高往低一次为应用层-》传输层-》网络层-》数据链路层。其中，传输层协议包括TCP，UDP；网络层协议包括IP、ARP等；

如图所示：

注：图片来源http://blog.csdn.net/lizhifeng2009/article/details/8820228

2  套接字编程基础

2.1  套接字

套接字是网络编程的基础，最初由加利福尼亚大学为UNIX开发的网络通信编程接口，为了在WINDOWS 操作系统上使用，微软与第三方厂商共同制定了一套标准，Winsock.。

套接字实际上是一个指向传输提供者的句柄，Winsock中通过该句柄实现网络通信与管理。

可以理解为实现网络通信和管理，在应用层与传输层之间的操作接口。对于用户而言，可通过调用SOCKET 相关接口函数，控制传输协议、传输内容等。

具体如图所示：

2.1.1 套接字类型

 根据套接字作用不同，分为三类：原始套接字、流式套接字和数据包套接字。

原始套接字（SOCK_RAW）：能够使程序人员对底层的网络机制进行控制，接收的数据包头中含有IP头。

流式套接字（SOCK_STREAM）：提供了双向、有序、可靠的数据传输服务，在通信前需要双方建立连接，TCP协议采用了该套接字。

数据包套接字（SOCK_DGRAM）：与流式套接字相对应，提供双向数据流，但是不能保证数据传输的可靠性、有序性和无重复性。UDP协议采用了该套接字。

//2.2 套接字I/O模型

(暂缺)
2.3 套接字函数

为了使用套接字进行网络程序开发，Windows操作系统提供了一组套接字函数，使用这些函数，可以实现功能强大的网络编程。常用可分为三大类：初始化库函数（WSAStartup()、WSACleanup()）、通信时使用函数（socket()、bind()、listen()、accept()、closesocket()、connect()、recv()、send()、select()、ioctlsocket()）和地址转换函数（htons()、htonl()、inet_addr()）。其中，TCP的三次握手是通过connect 函数触发。

其中，WSAStartup()用于初始化动态链接库函数，WSACleanup()用于释放动态链接库初始化时分配的资源。

注：套接字函数通常封装在Ws2_32.dll动态链接库中，其头文件Winsock2.h提供了套接字函数的原型，库文件Ws2_32.lib提供了Ws2_32.dll文件的输出节，在使用套接字函数前，需包含头文件 ，并链接Ws2_32.lib。

#include <winsock2.h>

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")

3  网络编程步骤

实现网络间通信，需要一个服务器端和一个客户端。这两者之间的具体实现有点不同，大体步骤为：

3.1 服务器端

（1）创建套接字：socket()创建套接字，指明传输协议  

例如：

sListen=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  

//sListen代表返回的套接字

//AF_INET为IPV4地址家族 

//SOCK_STREAM为套接字类型 
//IPPROTO_TCP指明传输协议

（2）构建本地地址信息  

//构建本地地址信息  
    saServer.sin_family = AF_INET; //地址家族  
    saServer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //注意转化为网络字节序  
    saServer.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); //使用INADDR_ANY 指示任意地址  

（3）bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。

//绑定
ret = bind(sListen, (struct sockaddr *)&saServer, sizeof(saServer));  
    if (ret == SOCKET_ERROR)  
    {  
        printf("bind() faild! code:%d
", WSAGetLastError());  
        closesocket(sListen); //关闭套接字  
        WSACleanup();  
        //return 0;  
    }  

（4）监听：listen()

 //侦听连接请求  
    ret = listen(sListen, 5);  
    if (ret == SOCKET_ERROR)  
    {  
        printf("listen() faild! code:%d
", WSAGetLastError());  
        closesocket(sListen); //关闭套接字  
        //return 0;  
    }  
    

（5）等待连接：accept()

accept()函数提取出所监听套接字的等待连接队列中第一个连接请求，创建一个新的套接字，并返回指向该套接字的文件描述符；

函数原型为：int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);

3.2 客户端

（1）创建套接字

（2）构建服务器地址

（3）连接服务器connect()

4  实例

下面通过一个简单的客户端/服务器端程序，讲解通信编程的具体实现：

//服务器端
// Server.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。
//TCP测试程序的服务器端程序
#include "stdafx.h"  
#include <stdio.h>  
#include <winsock2.h>  
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib") 
#define SERVER_PORT 5208 //侦听端口  
  
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
{  
    WORD wVersionRequested;  
    WSADATA wsaData;  
    int ret, nLeft, length;  
    SOCKET sListen, sServer; //侦听套接字，连接套接字  
    struct sockaddr_in saServer, saClient; //地址信息     
    char *ptr;//用于遍历信息的指针     
    //WinSock初始化  
    wVersionRequested=MAKEWORD(2, 2); //希望使用的WinSock DLL 的版本  
    ret=WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);  
    if(ret!=0)  
    {  
        printf("WSAStartup() failed!
");  
        //return 0;  
    }  
    //创建Socket,使用TCP协议  
    sListen=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  
    if (sListen == INVALID_SOCKET)  
    {  
        WSACleanup();  
        printf("socket() faild!
");  
        //return 0;  
    }  
    //构建本地地址信息  
    saServer.sin_family = AF_INET; //地址家族  
    saServer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //注意转化为网络字节序  
    saServer.sin_addr.S_un.S_addr = htonl(INADDR_ANY); //使用INADDR_ANY 指示任意地址  
    
    //绑定  
    ret = bind(sListen, (struct sockaddr *)&saServer, sizeof(saServer));  
    if (ret == SOCKET_ERROR)  
    {  
        printf("bind() faild! code:%d
", WSAGetLastError());  
        closesocket(sListen); //关闭套接字  
        WSACleanup();  
        //return 0;  
    }  
    
    //侦听连接请求  
    ret = listen(sListen, 5);  
    if (ret == SOCKET_ERROR)  
    {  
        printf("listen() faild! code:%d
", WSAGetLastError());  
        closesocket(sListen); //关闭套接字  
        //return 0;  
    }  
    
    printf("Waiting for client connecting!
");  
    printf("Tips: Ctrl+c to quit!
");  

    //阻塞等待接受客户端连接  
    while(1)//循环监听客户端，永远不停止  
    {  
        length = sizeof(saClient);  
        sServer = accept(sListen, (struct sockaddr *)&saClient, &length);  
        if (sServer == INVALID_SOCKET)  
        {  
            printf("accept() faild! code:%d
", WSAGetLastError());  
            closesocket(sListen); //关闭套接字  
            WSACleanup();  
            return 0;  
        }    
  
        char sendMessage[]="
hello client";  //发送信息给客户端  
        send(sServer,sendMessage,strlen(sendMessage)+1,0);  
  
        char receiveMessage[5000];  
        nLeft = sizeof(receiveMessage);  
        ptr = (char *)&receiveMessage;  
        while(nLeft>0)  
        {  
            //接收数据  
            ret = recv(sServer, ptr, 5000, 0);    //非负，成功；-1，失败
            if (ret == SOCKET_ERROR)  
            {  
                printf("recv() failed!
");  
                return 0;  
            }  
            if (ret == 0) //客户端已经关闭连接  
            {  
                printf("Client has closed the connection
");  
                break;  
            }  
            nLeft -= ret;  
            ptr += ret;  
        }    
        printf("receive message:%s
", receiveMessage);//打印我们接收到的消息。  
          
  
    }   
  //  closesocket(sListen);  
  //  closesocket(sServer);  
  //  WSACleanup();  
    return 0;  
}  

//TCP测试程序的客户端程序
#include "stdafx.h"  
#include <stdio.h>  
#include <stdlib.h>  
#include <winsock2.h>  
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
#define SERVER_PORT 5208 //侦听端口  
  
  
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  
{  
    WORD wVersionRequested;  
    WSADATA wsaData;            //WSADATA为Windows套接字结构体
    int ret;  
    SOCKET sClient; //连接套接字  
    struct sockaddr_in saServer; //服务器地址信息  
    char *ptr;  

    BOOL fSuccess = TRUE;  
    
    //---------------------------------------------------------------
    //WinSock初始化  
    //---------------------------------------------------------------
    wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2); //希望使用的WinSock DLL的版本  
    ret = WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);  //加载套接字库  
    if(ret!=0)  
    {  
        printf("WSAStartup() failed!
");  
        //return 0;  
    }  
    //确认WinSock DLL支持版本2.2  
    if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!=2 || HIBYTE(wsaData.wVersion)!=2)  
    {  
        WSACleanup();   //释放为该程序分配的资源，终止对winsock动态库的使用  
        printf("Invalid WinSock version!
");  
        //return 0;  
    }  
    
    //创建Socket,使用TCP协议  
    sClient = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  
    if (sClient == INVALID_SOCKET)  
    {  
        WSACleanup();  
        printf("socket() failed!
");  
        //return 0;  
    }  
  
    //构建服务器地址信息  
    saServer.sin_family = AF_INET; //地址家族  
    saServer.sin_port = htons(SERVER_PORT); //注意转化为网络节序  
    saServer.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");  
  
    //连接服务器  
    ret = connect(sClient, (struct sockaddr *)&saServer, sizeof(saServer));  
    if (ret == SOCKET_ERROR)  
    {  
        printf("connect() failed!
");  
        closesocket(sClient); //关闭套接字  
        WSACleanup();  
        //return 0;  
    }  
  
  
    char sendMessage[]="hahaha!!!";   
    ret = send (sClient, (char *)&sendMessage, sizeof(sendMessage), 0);  
    if (ret == SOCKET_ERROR)  
    {  
        printf("send() failed!
");  
    }  
    else  
        printf("client info has been sent!");  
    char recvBuf[100];  
    recv(sClient,recvBuf,100,0);  
    printf("%s
",recvBuf);  
    
    closesocket(sClient); //关闭套接字  
    WSACleanup();  
    //getchar();  没啥用，让你最后在显示终端可以输入一串字符，但是不能发送
    //return 0;  
}