Socket基本原理

迈不过友情╰ 2022-05-24 12:36 178阅读 0赞

# 网络编程，一切皆Socket #

## 一、一些总结 ##

*  Http通信，应用层协议，之前看过okhttp的部分源码，主要是五层的拦截器逻辑，最终的通信方式是封装的一个使用okio读取的socket的输入输出流。应用层的一些报文概念只不过是在socket通信的文件流中添加了type，分页读取流的时候将信息区分开读取，这样就完成了http通信。
 *  linux 设计思想一切皆文件，也是socket的思想，作为一个文件来读取写入实现通信。所以socket几乎是所有网络通信的基础了。

## 二、写一个Socket的demo ##

#### 服务端代码 ####

##### 主要初始化步骤 #####

*  初始化一个socket对象: serverSocket = socket(AF\_INET, SOCK\_STREAM, 0)
 *  为socket设置参数: bind(serverSocket, (struct sockaddr \*)&server\_addr, sizeof(server\_addr)
 *  为socket设置监听状态： listen(serverSocket, 5)
 *  循环中使用accetp获取客户端socket： accept(serverSocket, (struct sockaddr\*)&clientAddr, (socklen\_t\*)&addr\_len)
 *  一些读写操作

/*socket tcp服务器端*/
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <errno.h>
    #include <netdb.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define SERVER_PORT 5555 //服务端口
    
    /* 监听后，一直处于accept阻塞状态， 直到有客户端连接， 当客户端如数quit后，断开与客户端的连接 */
    
    int main()
    {
        //调用socket函数返回的文件描述符
        int serverSocket;
        //声明两个套接字sockaddr_in结构体变量，分别表示客户端和服务器
        struct sockaddr_in server_addr;
        struct sockaddr_in clientAddr;
        int addr_len = sizeof(clientAddr);
        int client;
        char buffer[200];
        int iDataNum;
    
        //socket函数，失败返回-1
        //int socket(int domain, int type, int protocol);
        //第一个参数表示使用的地址类型，一般都是ipv4，AF_INET
        //第二个参数表示套接字类型：tcp：面向连接的稳定数据传输SOCK_STREAM
        //第三个参数设置为0
        if((serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)//初始化一个scket
        {
            perror("socket");
            return 1;
        }
    
        bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
        //初始化服务器端的套接字，并用htons和htonl将端口和地址转成网络字节序
        server_addr.sin_family = AF_INET;
        server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
        //ip可是是本服务器的ip，也可以用宏INADDR_ANY代替，代表0.0.0.0，表明所有地址
        server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
        //对于bind，accept之类的函数，里面套接字参数都是需要强制转换成(struct sockaddr *)
        //bind三个参数：服务器端的套接字的文件描述符，
        if(bind(serverSocket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) //设置socket的地址参数
        {
    
            perror("connect");
            return 1;
        }
        //设置服务器上的socket为监听状态
        if(listen(serverSocket, 5) < 0)
        {
            perror("listen");
            return 1;
        }
    
        while(1)
        {
            printf("Listening on port: %d\n", SERVER_PORT);
            //当服务端请求是，握手完毕会accept
            //调用accept函数后，会进入阻塞状态
            //accept返回一个套接字的文件描述符，这样服务器端便有两个套接字的文件描述符，
            //serverSocket和client。
            //serverSocket仍然继续在监听状态，client则负责接收和发送数据
            //clientAddr是一个传出参数，accept返回时，传出客户端的地址和端口号
            //addr_len是一个传入-传出参数，传入的是调用者提供的缓冲区的clientAddr的长度，以避免缓冲区溢出。
            //传出的是客户端地址结构体的实际长度。
            //出错返回-1
            client = accept(serverSocket, (struct sockaddr*)&clientAddr, (socklen_t*)&addr_len); //返回一个client
            if(client < 0)
            {
                perror("accept");
                continue;
            }
            printf("\nrecv client data...n");
            //inet_ntoa ip地址转换函数，将网络字节序IP转换为点分十进制IP
            //表达式：char *inet_ntoa (struct in_addr);
            printf("IP is %s\n", inet_ntoa(clientAddr.sin_addr));
            printf("Port is %d\n", htons(clientAddr.sin_port));
            while(1)
            {
                iDataNum = recv(client, buffer, 1024, 0);   //接受客户端的消息
                if(iDataNum < 0)
                {
                    perror("recv");
                    continue;
                }
                buffer[iDataNum] = '\0';
                if(strcmp(buffer, "quit") == 0)
                    break;
                printf("%drecv data is %s\n", iDataNum, buffer);
                send(client, buffer, iDataNum, 0);  //向客户端发送反馈
            }
        }
        return 0;
    }

### 客户端代码 ###

#### 主要初始化步骤 ####

*  初始化socket对象：clientSocket = socket(AF\_INET, SOCK\_STREAM, 0)
 *  设置socket参数：connect(clientSocket, (struct sockaddr \*)&serverAddr, sizeof(serverAddr))
 *  请求socket连接：connect(clientSocket, (struct sockaddr \*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0) 这里请求连接，三次握手，代码上看是阻塞的。
 *  对客户端socket调用读取和写入函

/*socket tcp客户端*/
    #include <sys/stat.h>
    #include <fcntl.h>
    #include <errno.h>
    #include <netdb.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    #include <stdio.h>
    #include <string.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <unistd.h>
    
    #define SERVER_PORT 5555
    
    /* 连接到服务器后，会不停循环，等待输入， 输入quit后，断开与服务器的连接 */
    
    int main()
    {
        //客户端只需要一个套接字文件描述符，用于和服务器通信
        int clientSocket;
        //描述服务器的socket
        struct sockaddr_in serverAddr;
        char sendbuf[200];
        char recvbuf[200];
        int iDataNum;
        if((clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        {
            perror("socket");
            return 1;
        }
    
        serverAddr.sin_family = AF_INET;
        serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
        //指定服务器端的ip，本地测试：127.0.0.1
        //inet_addr()函数，将点分十进制IP转换成网络字节序IP
        serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
        if(connect(clientSocket, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) < 0) //设置参数
        {
            perror("connect");
            return 1;
        }
    
        printf("connect with destination host...\n");
    
        while(1)
        {
            printf("Input your world:>");
            scanf("%s", sendbuf);   //监听键盘输入
            printf("\n");
            send(clientSocket, sendbuf, strlen(sendbuf), 0); //使用clientSocket发送
            if(strcmp(sendbuf, "quit") == 0)        //如果输入quit则跳出循环，断开连接
                break;
            iDataNum = recv(clientSocket, recvbuf, 200, 0); //接受服务端的反馈
            recvbuf[iDataNum] = '\0';
            printf("recv data of my world is: %s\n", recvbuf);
        }
        close(clientSocket);
        return 0;
    }

### 建立连接->三次握手 ###

![三次握手流程][70]

#### 主要流程 ####

*  客户端调用connect，想服务端发送SYN（同步序列编号Synchronize Sequence Numbers），从名字能看出是阻塞的而且发送一个编号，客户端阻塞等待，**这一次信息发送是为了建立连接**。
 *  服务端lisen状态下，系统保留这个信息，服务端的循环会Accept到这个信息，并处理，返回一个ACK（确认字符 Acknowledgement），处理过程是阻塞的，将接受到的信息SYN携带的编码信息+1返回。
 *  客户端connect接受到此ACK信息之后，校验下是不是自己发出的SYN+1之后，完成函数调用返回，并向服务端发送ACK将客户端上一部返回的信息ACK+1。**这一次信息发送是为了通知服务端客户端已经就绪**。
 *  服务端accept接受到确认信息，校验下是不是自己发送的ACK+1，accetp函数阻塞调用完成返回。
 *  通信

### 断开连接->四次握手 ###

断开连接主要是使用close函数。  
![四次握手][70 1]

#### 主要流程 ####

*  客户端调用close() ，向服务器发送一个FIN（finish）这里不是阻塞调用。
 *  服务端接受到这个信息之后，关闭掉，不能够再读写clientsocket，并发送一个结束信息ACK给客户端，服务端已经确认了客户端的关闭信息，不能够再读取，实际上并没有真正的关闭。**这次信息是为了通知客户端服务端的状态**。
 *  客户端收到确认信息。知悉服务端的状态（不能够读取了）。
 *  服务端一段时间后，接收到文件结束符（总之干了一些收尾工作）的应用进程调用close关闭它的socket ，发送一个结束信息给客户端，**这次信息是为了通知客户端真的关闭了**
 *  客户端收到服务端发送的真的关闭信息之后，完成自己的收尾工作。

[转载自][Link 1]

[70]: /images/20220524/3a752e8150bf40c4935c68dfd8606409.png
[70 1]: /images/20220524/70de0952f03845b2884d0c0e097e25f4.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/agonie201218/article/details/50325215