socket编程学习

socket: 也称作套接字，应用程序通常通过套接字向网络发出请求或者应答网络请求。

常用的套接字API函数：

1、socket()：

函数原型为：int socket(int domain, int type, int protocol);

函数参数说明：

domain： 为创建的套接字指定协议集，例如：AF_INET(表示IPv4网络协议）、AF_INET6(表示IPv6）、AF_UNIX或者AF_LOCAL(表示本地套接字)。

type：SOCK_STREAM(可靠地面向流服务或流套接字）、SOCK_DGRAM(数据报文或者数据报文套接字）、SOCK_SEQPACKET（可靠的连续数据包服务）、SOCK_RAW(在网络层之上的原始协议）。

protocol：指定实际使用的传输协议。最常见的就是IPPROTO_TCP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_DCCP。这些协议都在<netinet/in.h>中有详细说明。 如果该项为“0”的话，即根据选定的domain和type选择使用缺省协议。

返回值：如果发生错误，则返回-1，否则返回的是一个代表新分配的描述符的整数。

2、bind()：

函数原型：bind()为一个套接字分配地址，当使用socket()创建套接字后，只赋予其所使用的协议，并未分配地址。在接受其它主机的连接前，必须先调用bind()为套接字分配一个地址。

函数原型为：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr,  socklen_t addrlen);

函数参数说明：

sockfd：表示使用bind函数的套接字描述符。

my_addr：指向sockaddr结构（用于表示所分配地址)的指针。

addrlen：用socklen_t字段指定了sockaddr结构的长度。

返回值：如果发生错误，则返回-1,否则返回0。

3、listen()：

当socket和一个地址绑定之后，listen()函数会开始监听可能的连接请求，但这是只能在有可靠数据流保证的时候使用，例如数据类型(SOCK_STREAM,SOCK_SEQPACKET)。

函数原型：int listen(int sockfd, int backlog);

函数参数说明：

sockfd：一个socket的描述符。

backlog：一个决定监听队列大小的整数，当有一个请求来到时，就会进入此监听队列，当队列满后，新的连接请求就会返回错误。

返回值：0表示成功，-1表示错误。

4、accept()：

当应用程序监听来自其他主机的面对数据流的连接时，通过事件（比如Unix select()系统调用）通知它。必须用 accept()函数初始化连接。 Accept() 为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接。

函数原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen)。

函数参数说明：

sockfd：监听的套接字描述符。

cliaddr：指向sockaddr结构体的指针，客户机地址信息。

addrlen：指向socklen_t的指针，确定客户机地址结构体的大小。

返回值：返回新的套接字描述符，如果出错就返回-1。进一步的通信必须通过这个套接字。

5、connect()：

connect()系统调用为一个套接字设置参数连接，参数有文件描述符和主机地址。

有些类型的套接字是无连接的，大多数是使用UDP协议。对于这些套接字，连接时这样的：默认发送和接收数据的主机由给定的地址确定，可以使用 send()和 recv()。

返回值： 返回-1表示出错，0表示成功。

6、select()：用于修整有如下情况的套接字列表：准备读，准备写或者是用错误。

7、poll()：用于检查套接字的状态。套接字可以被测试，看是否可以写入、读取或是用错误。

8、getsockopt()：用于查询指定的套接字一个特定的套接字选项的当前值。

9、setsockopt()：用于为指定的套接字设定一个特定的套接字选项。

使用TCP的服务器：

设置一个简单的TCP服务器的步骤：

1、调用socket函数建立套接字。

2、调用bind函数把套接字绑定到一个监听端口上。注意bind函数需要接受一个sockaddr_in结构体作为参数，因此在调用bind函数之前, 程序要先声明一个 sockaddr_in结构体,用memset函数将其清零，然后将其中的sin_family设置为AF_INET，接下来，程序需要设置其sin_port成员变量，即监听端口。需要说明的是，sin_port中的端口号需要以网络字节序存储，因此需要调用htons函数对端口号进行转换（函数名是"host to network short"的缩写）。

3、调用listen函数，使该套接字成为一个处在监听状态的套接字。

4、服务器可以通过accept函数接受客户端的连接请求。若没有收到连接请求，accept函数将不会返回并阻塞程序的执行。接收到连接请求后，accept函数会为该连接返回一个套接字描述符。accept函数可以被多次调用来接受不同客户端的连接请求，而且之前的连接仍处于监听状态——直到其被关闭为止。

5、服务器可以通过对send，recv或者对write，read等函数的调用来同客户端进行通信。

6、对于一个不再需要的套接字，可以使用close函数关闭它。

代码如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
	struct sockaddr_in stSockAddr; //服务器网络地址结构体
	//创建服务器端套接字--IPv4协议，面向可靠的字节流服务，TCP协议
	int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

	if (SocketFD == -1) {
		perror("can not create socket");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr));
	
	stSockAddr.sin_family = AF_INET; //设置为IP通信
	stSockAddr.sin_port = htons(1200);//服务器的端口号
	stSockAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//服务器IP地址--允许连接到所有本地地址上
	//将套接字绑定到服务器的网络地址上
	if (bind(SocketFD, (const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in)) == -1) {
		perror("error bind failed");
		close(SocketFD);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	
	//监听可能的连接请求，监听队列长度为10
	if (listen(SocketFD, 10) == -1) {
		perror("error listen failed");
		close(SocketFD);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	while (true) {
		//accept()为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接，其返回值为新的套接字描述符
		int ConnectFD = accept(SocketFD, NULL, NULL);
		if (ConnectFD < 0) {
			perror("error accept failed");
			close(SocketFD);
			exit(EXIT_FAILURE);
		}
		//调用shutdown只是进行了TCP断开，并没有释放文件描述符
		shutdown(ConnectFD, SHUT_RDWR);
		close(ConnectFD);
	}

	close(SocketFD);
	return 0;
}

使用TCP的客户端：

建立一个客户机的步骤如下：

1、调用socket（）建立套接字。

2、用connect（）连接到服务器，类似服务器端的操作，将sin_family设为AF_INET,sin_port设为服务器的监听端口（依然要以网络字节序）,sin_addr设为服务器IP地址的（还是要用网络字节序）的sockaddr_in作为参数传入。

3、用send() 和 recv() 或者 write() 和 read()进行通信。

4、用close()终止连接。如果调用fork(), 每个进程都要用close()。

代码如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main()
{
	struct sockaddr_in stSockAddr;
	int Res;

	int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

	if (SocketFD == -1) {
		perror("can not create socket");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

	stSockAddr.sin_family = AF_INET;
	stSockAddr.sin_port = (1200);
	Res = inet_pton(AF_INET, "192.168.1.4", &stSockAddr.sin_addr);
	if (Res < 0) {
		perror("error: first parameter is not a valid address family");
		close(SocketFD);
		exit(EXIT_FAILURE);
	} else if (Res == 0) {
		perror("second parameter does not contain valid ipaddress");
		close(SocketFD);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	if (connect(SocketFD, (const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in)) == -1) {
		perror("connect failed");
		close(SocketFD);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	shutdown(SocketFD, SHUT_RDWR);
	close(SocketFD);
	return 0;
}

使用UDP的服务器：

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
	struct sockaddr_in sa;
	char buffer[1024];
	ssize_t recsize;
	socklen_t fromlen;

	memset(&sa, 0, sizeof(sa));
	sa.sin_family = AF_INET;
	sa.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	sa.sin_port = htons(7654);
	
	if (bind(sock, (struct sockaddr *)&sa, sizeof(struct sockaddr))) {
		perror("error bind failed");
		close(sock);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}
	
	while (true) {
		puts("recv test...");
		//用recvfrom接收给UDP端口7654的数据包
		recsize = recvfrom(sock, (void *)buffer, 1024, 0, (struct sockaddr *)&sa, &fromlen);
		if (recsize < 0) {
			puts("....");
		}

		printf("recsize : %d
", recsize);
		sleep(1);
		printf("datagram : %s
", buffer);
	}
	return 0;
}

使用UDP的客户端：

#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>

int main()
{
	int sock;
	struct sockaddr_in sa;
	int bytes_sent, buffer_length;
	char buffer[100];

	buffer_length = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Hello World
");
	
	sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

	if (sock == -1) {
		puts("can not create socket");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	memset(&sa, 0, sizeof(sa));
	sa.sin_family = AF_INET;
	//回环地址127.0.0.1
	sa.sin_addr.s_addr = htonl(0x7f000001);
	sa.sin_port = htons(7654);

	bytes_sent = sendto(sock, buffer, buffer_length, 0, (struct sockaddr *)&sa, sizeof(struct sockaddr_in));
	if (bytes_sent < 0) {
		puts("Error sending packet");
	}
	close(sock);
	return 0;
}