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  • socket开发基础

    • 发表于8个月前(2014-11-03 15:43)   阅读（9070） | 评论（27） 161人收藏此文章, 我要收藏
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      7.16，杭州，阿里巴巴。阿里百川无线开放大会报名开启，用技术驱动无线新商业

      摘要 详细介绍了iOS的socket开发，说明了tcp和udp的区别，简单说明了tcp的三次握手四次挥手，用c语言分别实现了TCPsocket和UDPsocket的客户端和服务端，本文的作用是让我们了解socket的一些原理以及底层基本的结构。 由于博客迁移至www.coderyi.com,文章请看http://www.coderyi.com/archives/429
      socket udp tcp iOS 三次握手四次挥手

      目录[-]

      由于博客迁移至www.coderyi.com,文章请看http://www.coderyi.com/archives/429

      socket简介

      首先让我们通过一张图知道socket在哪里？

      Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。

      tcp和udp的区别

      在这里就必须讲一下udp和tcp的区别了

      TCP：面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)。

      UDP：面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。

      关于TCP是一种流模式的协议，UDP是一种数据报模式的协议，这里要说明一下，TCP是面向连接的，也就是说，在连接持续的过程中，socket中收到的数据都是由同一台主机发出的（劫持什么的不考虑），因此，知道保证数据是有序的到达就行了，至于每次读取多少数据自己看着办。

      而UDP是无连接的协议，也就是说，只要知道接收端的IP和端口，且网络是可达的，任何主机都可以向接收端发送数据。这时候，如果一次能读取超过一个报文的数据，则会乱套。比如，主机A向发送了报文P1，主机B发送了报文P2，如果能够读取超过一个报文的数据，那么就会将P1和P2的数据合并在了一起，这样的数据是没有意义的。

      TCP三次握手和四次挥手

      相对于SOCKET开发者，TCP创建过程和连接拆除过程是由TCP/IP协议栈自动创建的。因此开发者并不需要控制这个过程。但是对于理解TCP底层运作机制，相当有帮助。

      因此在这里详细解释一下这两个过程。

      TCP三次握手

      所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

       三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息.在socket编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手。

      首先了解一下几个标志，SYN（synchronous），同步标志，ACK (Acknowledgement），即确认标志，seq应该是Sequence Number，序列号的意思，另外还有四次握手的fin，应该是final，表示结束标志。

      第一次握手：客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

      第二次握手：服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1以，即X+1。

      第三次握手：客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0，ACK标志位为1。并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写序列号的+1。

      tcp四次挥手

      TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(four-way handshake)。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在socket

      编程中，任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。

      其实有个问题，为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？

      因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

      tcpsocket和udpsocket的具体实现

      讲了这么久，终于要开始讲socket的具体实现了，iOS提供了Socket网络编程的接口CFSocket，不过这里使用BSD Socket。

      tcp和udp的socket是有区别的，这里给出这两种的设计框架

      基本TCP客户—服务器程序设计基本框架

      基本UDP客户—服务器程序设计基本框架流程图

      常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

      1、socket调用库函数主要有：

      创建套接字 

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              Socket(af,type,protocol)

      建立地址和套接字的联系 

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              bind(sockid, local addr, addrlen)

      服务器端侦听客户端的请求 

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              listen( Sockid ,quenlen)

      建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP） 

              客户端请求连接 

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              Connect(sockid, destaddr, addrlen)

              服务器端等待从编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求 

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              newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen)

      发送/接收数据 

              面向连接：

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              send(sockid, buff, bufflen) 
              recv( )

              面向无连接：

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              sendto(sockid,buff,…,addrlen) 
              recvfrom( )

      释放套接字 

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              close(sockid)

      tcpsocket的具体实现

      服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，然后调用listen在相应的socket上监听，当accpet接收到一个连接服务请求时，将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址，并通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am server!"。最后关闭该socket。

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      #import <Foundation/Foundation.h>
      #include <sys/socket.h>
      #include <netinet/in.h>
      #include <arpa/inet.h>
      int main(int argc, const char * argv[])
      {
          @autoreleasepool {
      //        1
              int err;
              int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM  , 0);
              BOOL success=(fd!=-1);
      //        1
      //   2     
              if (success) {
                  NSLog(@"socket success");  
                  struct sockaddr_in addr;
                  memset(&addr, 0, sizeof(addr));
                  addr.sin_len=sizeof(addr);
                  addr.sin_family=AF_INET;
      //            =======================================================================
                  addr.sin_port=htons(1024);
      //        ============================================================================
                   addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
                  err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
                  success=(err==0);
              }
       //   2          
      //        ============================================================================
              if (success) {
                  NSLog(@"bind(绑定) success");
                  err=listen(fd, 5);//开始监听
                  success=(err==0);
              }
      //    ============================================================================     
              //3
              if (success) {
                  NSLog(@"listen success");
                  while (true) {
                      struct sockaddr_in peeraddr;
                      int peerfd;
                      socklen_t addrLen;
                      addrLen=sizeof(peeraddr);
                      NSLog(@"prepare accept");
                      peerfd=accept(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &addrLen);
                      success=(peerfd!=-1);
      //    ============================================================================
                      if (success) {
                          NSLog(@"accept success,remote address:%s,port:%d",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port));
                          char buf[1024];
                          ssize_t count;
                          size_t len=sizeof(buf);
                          do {
                              count=recv(peerfd, buf, len, 0);
                              NSString* str = [NSString stringWithCString:buf encoding:NSUTF8StringEncoding];
                              NSLog(@"%@",str);
                          } while (strcmp(buf, "exit")!=0);
                      }
      //    ============================================================================
                      close(peerfd);
                  } 
              }  
      //3     
          }
          return 0;
      }

      客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，请求连接服务器，通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am client!"。最后关闭该socket。

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      //  main.m
      //  kewai_SocketClient
      //
      #import <Foundation/Foundation.h>
      #include <sys/socket.h>
      #include <netinet/in.h>
      #import <arpa/inet.h>
      int main(int argc, const char * argv[])
      {
          @autoreleasepool {
           //        1 
               int err;
              int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
              BOOL success=(fd!=-1);
              struct sockaddr_in addr;
           //        1
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              if (success) {
                  NSLog(@"socket success");
                  memset(&addr, 0, sizeof(addr));
                  addr.sin_len=sizeof(addr);
                  addr.sin_family=AF_INET;
                  addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
                  err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
                  success=(err==0);
              }
              //   2
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              if (success) {
      //============================================================================           
                  struct sockaddr_in peeraddr;
                  memset(&peeraddr, 0, sizeof(peeraddr));
                  peeraddr.sin_len=sizeof(peeraddr);
                  peeraddr.sin_family=AF_INET;
                  peeraddr.sin_port=htons(1024);
      //            peeraddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
                  peeraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("172.16.10.120");
      //            这个地址是服务器的地址， 
                  socklen_t addrLen;
                  addrLen =sizeof(peeraddr);
                  NSLog(@"connecting");
                  err=connect(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, addrLen);
                  success=(err==0);
                  if (success) {
      //                struct sockaddr_in addr;
                      err =getsockname(fd, (struct sockaddr *)&addr, &addrLen);
                      success=(err==0);
      //============================================================================
      //============================================================================
                      if (success) {
                            NSLog(@"connect success,local address:%s,port:%d",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));
                          char buf[1024];
                          do {
                              printf("input message:");
                              scanf("%s",buf);
                              send(fd, buf, 1024, 0);
                          } while (strcmp(buf, "exit")!=0); 
                      }
                  }
                  else{
                      NSLog(@"connect failed");
                  }
              }
          //    ============================================================================
              //3
          }
          return 0;
      }

      udpsocket的具体实现

      下面是udpsocket的具体实现

      服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，接收到一个客户端时，服务器显示该客户端的IP地址，并将字串返回给客户端。 

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      /*
       *UDP/IP应用编程接口（API）
       *服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机
       *地址以及一个本地端口号绑定，接收到一个客户端时，服务器显示该客户端的IP地址，并将字串
       *返回给客户端。
       */
      #include<stdio.h>
      #include<stdlib.h>
      #include<string.h>
      #include<errno.h>
      #include<sys/types.h>
      #include<sys/socket.h>
      #include<netinet/in.h>
      #import <arpa/inet.h>
      int main(int argc,char **argv)
      {
          int ser_sockfd;
          int len;
          //int addrlen;
          socklen_t addrlen;
          char seraddr[100];
          struct sockaddr_in ser_addr;
          /*建立socket*/
          ser_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
          if(ser_sockfd<0)
          { 
              printf("I cannot socket success ");
              return 1;
          }
          /*填写sockaddr_in 结构*/
          addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
          bzero(&ser_addr,addrlen);
          ser_addr.sin_family=AF_INET;
          ser_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
          ser_addr.sin_port=htons(1024);
          /*绑定客户端*/
          if(bind(ser_sockfd,(struct sockaddr *)&ser_addr,addrlen)<0)
          {
              printf("connect");
              return 1;
          }
          while(1)
          {
              bzero(seraddr,sizeof(seraddr));
              len=recvfrom(ser_sockfd,seraddr,sizeof(seraddr),0,(struct sockaddr*)&ser_addr,&addrlen);
              /*显示client端的网络地址*/
              printf("receive from %s ",inet_ntoa(ser_addr.sin_addr));
              /*显示客户端发来的字串*/ 
              printf("recevce:%s",seraddr);
              /*将字串返回给client端*/
              sendto(ser_sockfd,seraddr,len,0,(struct sockaddr*)&ser_addr,addrlen);
          }
      }

      客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，填写服务器地址及端口号，从标准输入设备中取得字符串，将字符串传送给服务器端，并接收服务器端返回的字符串。最后关闭该socket。

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      /*
       *UDP/IP应用编程接口（API）
       *客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，填写服务器地址及端口号，
       *从标准输入设备中取得字符串，将字符串传送给服务器端，并接收服务器端返回的字
       *符串。最后关闭该socket。
       */
      #include<stdio.h>
      #include<stdlib.h>
      #include<string.h>
      #include<errno.h>
      #include<sys/types.h>
      #include<sys/socket.h>
      #include<netinet/in.h>
      #include <netinet/in.h>
      #import <arpa/inet.h>
      int GetServerAddr(char * addrname)
      {
          printf("please input server addr:");
          scanf("%s",addrname);
          return 1; 
      }
      int main(int argc,char **argv)
      {
          int cli_sockfd;
          int len;
          socklen_t addrlen;
          char seraddr[14];
          struct sockaddr_in cli_addr;
          char buffer[256];
          GetServerAddr(seraddr);
          /* 建立socket*/
          cli_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
          if(cli_sockfd<0)   
          {  
              printf("I cannot socket success "); 
              return 1; 
          }
          /* 填写sockaddr_in*/
          addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
          bzero(&cli_addr,addrlen);
          cli_addr.sin_family=AF_INET;
          cli_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(seraddr);
          //cli_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
          cli_addr.sin_port=htons(1024);
          bzero(buffer,sizeof(buffer));
          /* 从标准输入设备取得字符串*/
          len=read(STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer));
          /* 将字符串传送给server端*/
          sendto(cli_sockfd,buffer,len,0,(struct sockaddr*)&cli_addr,addrlen);
          /* 接收server端返回的字符串*/
          len=recvfrom(cli_sockfd,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&cli_addr,&addrlen);
          //printf("receive from %s ",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr));
          printf("receive: %s",buffer);
          close(cli_sockfd); 
      }

      最后，整篇文章只能用一句话形容，懒婆娘的裹脚布，又长又臭，不过本文的作用是让我们了解socket的一些原理以及底层基本的结构，其实iOS的socket实现是特别简单的，我一直都在用github的开源类库cocoaasyncsocket，地址是https://github.com/robbiehanson/CocoaAsyncSocket，cocoaasyncsocket是支持tcp和udp的，具体操作方法就不介绍了。

       
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