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Socket套接字通信 TCP UDP详解（网络通信）

發(fā)布時間：2023/12/14 编程问答 69 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 Socket套接字通信 TCP UDP详解（网络通信）小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.

文章目錄

- 一什么是套接字Socket
- - 1.Socket簡介
  - 2.Socket的域（domain）
  - 3.Socket主要類型（type）
  - 4.Socket基本工作流程
- 二創(chuàng)建套接字Socket
- - 1.socket函數(shù)
- 三綁定套接字Socket與主機網(wǎng)絡(luò)地址
- - 1.bind函數(shù)
  - 2.struct sockaddr與struct sockaddr_in
  - 3.常用填充地址信息的方法
  - 4.主機字節(jié)序與網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
- 四 UDP通信的實現(xiàn)
- - 1.recvfrom函數(shù)
  - 2.sendto函數(shù)
  - 3.示例
- 五 TCP通信的實現(xiàn)
- - 1.listen函數(shù)（server端）
  - 2.accept函數(shù)（server端）
  - 3.connect函數(shù)（client端）
  - 4.write與read函數(shù)
  - 5.send與recv函數(shù)
  - 6.示例
- 六套接字的緩沖區(qū)以及阻塞模式
- - 1.緩沖區(qū)
  - 2.使用write/send發(fā)送數(shù)據(jù)
  - 3.使用read/recv讀取數(shù)據(jù)
- 七總結(jié)套接字收發(fā)數(shù)據(jù)的過程

一什么是套接字Socket

1.Socket簡介

所謂套接字(Socket)，就是對網(wǎng)絡(luò)中不同主機上的應(yīng)用進(jìn)程之間進(jìn)行雙向通信的端點的抽象。一個套接字就是網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)程通信的一端，提供了應(yīng)用層進(jìn)程利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議交換數(shù)據(jù)的機制。從所處的地位來講，套接字上聯(lián)應(yīng)用進(jìn)程，下聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，是應(yīng)用程序通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行通信的接口，是應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議根進(jìn)行交互的接口。

Socket(套接字)可以看成是兩個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序進(jìn)行通信時，各自通信連接中的端點，這是一個邏輯上的概念。它是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)程間通信的API(應(yīng)用程序編程接口)，也是可以被命名和尋址的通信端點，使用中的每一個套接字都有其類型和一個與之相連進(jìn)程。通信時其中一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?qū)⒁獋鬏數(shù)囊欢涡畔懭胨谥鳈C的 Socket中，該 Socket通過與網(wǎng)絡(luò)接口卡(NIC)相連的傳輸介質(zhì)將這段信息送到另外一臺主機的 Socket中，使對方能夠接收到這段信息。 Socket是由IP地址和端口結(jié)合的，提供向應(yīng)用層進(jìn)程傳送數(shù)據(jù)包的機制。

2.Socket的域（domain）

域指定套接字通信中使用的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)。最常見的套接字域是 AF_INET（IPv4）或者AF_INET6(IPV6)，它是指 Internet 網(wǎng)絡(luò)，許多 Linux 局域網(wǎng)使用的都是該網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)然，因特網(wǎng)自身用的也是它。

3.Socket主要類型（type）

流套接字(SOCK_STREAM)
流套接字用于提供面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。該服務(wù)將保證數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)無差錯、無重復(fù)送，并按順序接收。流套接字之所以能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)服務(wù)，原因在于其使用了傳輸控制協(xié)議，即TCP(The Transmission Control Protocol)協(xié)議。

數(shù)據(jù)報套接字(SOCK_DGRAM)
數(shù)據(jù)報套接字提供一種無連接的服務(wù)。該服務(wù)并不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?數(shù)據(jù)有可能在傳輸過程中丟失或出現(xiàn)數(shù)據(jù)重復(fù)，且無法保證順序地接收到數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)報套接字使用UDP( User DatagramProtocol)協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。由于數(shù)據(jù)報套接字不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?#xff0c;對于有可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)丟失情況，需要在程序中做相應(yīng)的處理。

原始套接字(SOCK_RAW)
原始套接字與標(biāo)準(zhǔn)套接字(標(biāo)準(zhǔn)套接字指的是前面介紹的流套接字和數(shù)據(jù)報套接字)的區(qū)別在于：原始套接字可以讀寫內(nèi)核沒有處理的IP數(shù)據(jù)包，而流套接字只能讀取TCP協(xié)議的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)報套接字只能讀取UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)。因此，如果要訪問其他協(xié)議發(fā)送的數(shù)據(jù)必須使用原始套接。

4.Socket基本工作流程

要通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信，至少需要一對套接字，其中一個運行于客戶端，我們稱之為 Client Socket，另一個運行于服務(wù)器端，我們稱之為 Server Socket 。根據(jù)連接啟動的方式以及本地套接字要連接的目標(biāo)，套接字之間的連接過程可以分為三個步驟：

服務(wù)器監(jiān)聽
所謂服務(wù)器監(jiān)聽，是指服務(wù)器端套接字并不定位具體的客戶端套接字，而是處于等待連接的狀態(tài)，實時監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài) 。

客戶端請求
所謂客戶端請求，是指由客戶端的套接字提出連接請求，要連接的目標(biāo)是服務(wù)器端的套接字。為此，客戶端的套接字必須首先描述它要連接的服務(wù)器的套接字，指出服務(wù)器端套接字的地址和端口號，然后就向服務(wù)器端接字提出連接請求。

連接確認(rèn)
所謂連接確認(rèn)，是指當(dāng)服務(wù)器端套接字監(jiān)聽到或者說接收到客戶端套接字的連接請求，就會響應(yīng)客戶端套接字的請求，建立一個新的線程，并把服務(wù)器端套接字的描述發(fā)送給客戶端。一旦客戶端確認(rèn)了此描述，連接就建立好了。而服務(wù)器端套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，接收其他客戶端套接字的連接請求。

二創(chuàng)建套接字Socket

1.socket函數(shù)

int socket(int domain, int type, int protocol); /* 1.函數(shù)功能：創(chuàng)建套接字 2.參數(shù)：int domain：套接字的域通常為 AF_INET（IPv4）或者AF_INET6(IPV6)int type：套接字類型通常為 SOCK_STREAM、SOCK_DGRAMint protocol：0 ：使用默認(rèn)協(xié)議IPPROTO_TCP：使用TCP協(xié)議IPPROTO_UDP：使用UDP協(xié)議 3.返回值：成功:返回套接字描述符失敗：-1 */

三綁定套接字Socket與主機網(wǎng)絡(luò)地址

1.bind函數(shù)

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen); /* 1.函數(shù)功能：綁定套接字Socket與主機網(wǎng)絡(luò)地址信息 2.參數(shù)：int sockfd：套接字描述符const struct sockaddr *addr：主機地址信息，下文詳解socklen_t addrlen：參數(shù)2的長度（字節(jié)） 3.返回值：成功:0失敗：-1 */

2.struct sockaddr與struct sockaddr_in

//以下主要摘自LINUX手冊 typedef unsigned short int sa_family_t; /* Structure describing a generic socket address.翻譯:描述通用套接字地址的結(jié)構(gòu) */ struct sockaddr { sa_family_t sa_family;//地址族char sa_data[14];//14字節(jié)，包含套接字中的目標(biāo)地址和端口信息 }/* Structure describing an Internet socket address.翻譯：描述Internet套接字地址的結(jié)構(gòu) */ struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */in_port_t sin_port; /* port in network byte order */struct in_addr sin_addr; /* internet address */char sin_zero[8];//占位不使用，用來與struct sockaddr對齊}; /* Internet address */ struct in_addr {/*uint32_t*/ in_addr_t s_addr;/* address in network byte order地址的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序 */};/*sin_addr is the IP host address. The s_addr member of struct in_addr contains the host interface address in network byte order. 翻譯：sin_addr為主機IP地址。struct in_addr的s_addr成員以網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序包含主機接口地址*/

這兩個結(jié)構(gòu)體一樣大，都是16個字節(jié)，而且都有family屬性，二者是并列結(jié)構(gòu)，指向sockaddr_in結(jié)構(gòu)的指針也可以指向sockaddr。不同的是：
sockaddr結(jié)構(gòu)體中sa_data成員融合了端口與地址信息，而sockaddr_in結(jié)構(gòu)體用兩個成員sin_port和sin_addr分別表示端口號和地址信息

sin_port和sin_addr都必須是網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序（NBO Network byte order），一般可視化的數(shù)字都是主機字節(jié)序（HBO Host byte order），下文詳解。

sockaddr是給操作系統(tǒng)用的。程序員應(yīng)使用sockaddr_in來表示地址，把類型、ip地址、端口填充sockaddr_in結(jié)構(gòu)體，然后強制轉(zhuǎn)換成sockaddr，作為參數(shù)傳遞給系統(tǒng)調(diào)用函數(shù)。sockaddr_in用于socket定義和賦值；sockaddr用于函數(shù)參數(shù)。

示例：

int sockfd; struct sockaddr_in serverAddr; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);/* 填充struct sockaddr_in */ bzero(&serverAddr, sizeof(serverAddr));//初始化為0狀態(tài) 主要是對成員sin_zero[8]清0 serverAddr.sin_family = AF_INET; //設(shè)置地址家族 serverAddr.sin_port = htons(SERV_PORT);//端口號1024-65535 serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); /* 強制轉(zhuǎn)換成struct sockaddr */ bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serverAddr, sizeof(serverAddr));

3.常用填充地址信息的方法

//填充IP地址 serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//0.0.0.0 等號后面可以是htonl(0)或者0 serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); inet_aton("127.0.0.1",&serverAddr.sin_addr); inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serverAddr.sin_addr);//填充端口 serverAddr.sin_port = htons(1234);//端口號1024-65535 serverAddr.sin_port = htons(0);//隨機端口等號后面可以 0

相關(guān)函數(shù)：
1. inet_addr

in_addr_t inet_addr(const char *cp); /* 功能：點分字符串格式地址轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)格式參數(shù)：IPv4地址字符串例如"127.0.0.1" 返回值：成功：返回網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序的地址用于賦值serverAddr.sin_addr.s_addr失敗：-1 */

2.inet_ntoa 、inet_aton

char *inet_ntoa (struct in_addr in) //net to ascii /* 功能：網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序地址轉(zhuǎn)點分字符串格式地址參數(shù)：傳入通用的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序地址struct in_addr sin_addr 返回值：成功：返回指針指向IPv4點分字符串格式地址例如"127.0.0.1"失敗：0 */ int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp); //ascii to net /* 功能：點分字符串格式地址轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)格式地址參數(shù)：cp:IPv4點分字符串格式地址inp：網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序地址struct in_addr sin_addr 返回值：成功：非0失敗：0 */

4.htons、htonl

uint16_t htons(uint16_t hostshort);//h host n net s short uint32_t htonl(uint32_t hostlong);//h host n net l long /* 功能：將主機字節(jié)序的short/long類型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序類型數(shù)據(jù) 參數(shù)：short類型數(shù)據(jù)/long類型返回值：成功：網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序類型數(shù)據(jù)失敗：-1 */

5.inet_pton、inet_ntop
這兩個函數(shù)是隨IPv6出現(xiàn)的函數(shù)，對于IPv4地址和IPv6地址都適用，函數(shù)中p和n分別代表表達(dá)（presentation)和數(shù)值（numeric)。地址的表達(dá)格式通常是ASCII字符串，數(shù)值格式則是存放到套接字地址結(jié)構(gòu)的二進(jìn)制值。

int inet_pton(int family, const char *strptr, void *addrptr); //返回值：若成功則為1，若輸入不是有效的表達(dá)式則為0，若出錯則為-1 const char * inet_ntop(int family, const void *addrptr, char *strptr, size_t len); //返回值：若成功則為指向結(jié)構(gòu)的指針，若出錯則為NULL

4.主機字節(jié)序與網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序

NBO : 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
HBO : 主機字節(jié)序
LE little-endian：小端
BE big-endian：大端

網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序和主機字節(jié)序：
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流的地址規(guī)定：先發(fā)出的數(shù)據(jù)是低地址，后發(fā)出的數(shù)據(jù)是高地址。
發(fā)送主機通常將發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)按內(nèi)存地址從低到高的順序發(fā)出，為了不使數(shù)據(jù)流亂序，接收主機也會把從網(wǎng)絡(luò)上接收的數(shù)據(jù)按內(nèi)存地址從低到高的順序保存在接收緩沖區(qū)中。
TCP/IP協(xié)議規(guī)定：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流應(yīng)采用大端字節(jié)序，即低地址高字節(jié)。

tcp/ip規(guī)定它們的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序都是大端字節(jié)序。主機字節(jié)序可能是大端也可能是小端，與主機的cpu有關(guān)，與操作系統(tǒng)無關(guān)考慮到與協(xié)議的一致以及與同類其它平臺產(chǎn)品的互通，在程序中發(fā)數(shù)據(jù)包時，將主機字節(jié)序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，收數(shù)據(jù)包處將網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換為主機字節(jié)序。網(wǎng)絡(luò)程序開發(fā)時或是跨平臺開發(fā)時應(yīng)該注意保證只用一種字節(jié)序不然兩方的解釋不一樣就會產(chǎn)生bug。數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中，一定有一個標(biāo)準(zhǔn)化的過程，也就是說：
從主機a到主機b進(jìn)行通信：a的主機字節(jié)序——網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序——b的主機字節(jié)序

大端字節(jié)序和小端字節(jié)序：
大端字節(jié)序存儲時值的高位存儲在較小的地址，值的低位存儲在較大的地址。
小端字節(jié)序存儲時值的高位存儲在較大的地址，值的低位存儲在較小的地址。
以0x12345678為例：
地址：0x1000 ?0x1001? 0x1002 ?0x1003
小端： 78 ???56 ???34 ???12
大端： 12 ???34 ???56 ???78

測試主機是大端還是小端的方法：

int main() {union{short s;char c[sizeof(short)];}un;un.s = 0x0102;if(sizeof(short)==2){if(un.c[0] == 1 && un.c[1] == 2)printf("Big-Endian\n");else if(un.c[0] == 2 && un.c[1] == 1)printf("Little-Endian\n");elseprintf("Unknown\n");}elseprint("sizeof(short)=%d\n",sizeof(short));exit(0); }

四 UDP通信的實現(xiàn)

在創(chuàng)建并綁定套接字之后，我們就可以嘗試TCP、UDP通信了。
TCP/IP協(xié)議是一個協(xié)議簇。里面包括很多協(xié)議，UDP只是其中的一個。

UDP（User Datagram Protocol用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）是一個非連接的協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)之前源端和終端不建立連接，當(dāng)它想傳送時就簡單地去抓取來自應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)，并盡可能快地把它扔到網(wǎng)絡(luò)上。在發(fā)送端，UDP傳送數(shù)據(jù)的速度僅僅是受應(yīng)用程序生成數(shù)據(jù)的速度、計算機的能力和傳輸帶寬的限制；在接收端，UDP把每個消息段放在隊列中，應(yīng)用程序每次從隊列中讀一個消息段。
UDP 是不具有可靠性的數(shù)據(jù)報協(xié)議。細(xì)微的處理它會交給上層的應(yīng)用去完成。在 UDP 的情況下，雖然可以確保發(fā)送消息的大小，卻不能保證消息一定會到達(dá)。因此，應(yīng)用有時會根據(jù)自己的需要進(jìn)行重發(fā)處理。

1.recvfrom函數(shù)

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen); /* 功能：接收數(shù)據(jù) 參數(shù)：int sockfd：socket函數(shù)的返回值，套接字描述符void *buf：存放收到的數(shù)據(jù)size_t len：參數(shù)2的大小int flags：如果沒有數(shù)據(jù)到來阻塞等待還是不等待 0表示阻塞 MSG_DONTWAIT 不等待struct sockaddr *src_addr：用于獲取發(fā)送方的地址信息socklen_t *addrlen：發(fā)送方地址信息長度注意：傳的實參必須初始化返回值：成功：返回實際收到的字節(jié)數(shù)失敗：-1 */

2.sendto函數(shù)

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen); /* 功能：發(fā)送數(shù)據(jù)給對端參數(shù)：int sockfd：socket函數(shù)的返回值，套接字描述符const void *buf：要發(fā)送的數(shù)據(jù)存放的地址size_t len：參數(shù)2的大小int flags：套接字緩存滿阻塞還是不阻塞 0表示阻塞 MSG_DONTWAIT 不阻塞const struct sockaddr *dest_addr：目標(biāo)端的地址信息socklen_t *addrlen：目標(biāo)端的地址信息返回值：成功：返回實際發(fā)送的字節(jié)數(shù)失敗：-1 */

3.示例

實現(xiàn)服務(wù)器端與客戶端聊天
運行效果：

/***************************/ /* 服務(wù)器端 */ /***************************/ #include <stdio.h> #include <strings.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h>int main() {char buf_data[1024] = {};/*創(chuàng)建套接字*/int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd == -1){perror("socket");exit(1);}printf("sockfd:%d\n",sockfd);/*定義網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)構(gòu)體變量并填充*/struct sockaddr_in myselfAddr;myselfAddr.sin_family = AF_INET;myselfAddr.sin_port = htons(6666);//把短整形轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)格式myselfAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//主機格式轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)格式/*套接字與主機綁定*/int ret_bind = bind(sockfd,(struct sockaddr*)&myselfAddr,sizeof(myselfAddr));if(ret_bind == -1){perror("bind");close(sockfd);exit(1);}/*緩存用于獲取對端網(wǎng)絡(luò)地址信息*/struct sockaddr_in buf_sockaddr;socklen_t buf_addrlen = sizeof(buf_sockaddr);printf("等待客戶端連接...\n");ssize_t ret_recv = recvfrom(sockfd,buf_data,sizeof(buf_data),0,(struct sockaddr*)&buf_sockaddr,&buf_addrlen);if(ret_recv == -1){perror("recvfrom");close(sockfd);exit(1);}printf("IP:%s:%s\n",inet_ntoa(buf_sockaddr.sin_addr),buf_data);pid_t pid = fork();if(pid>0){while(1){bzero(buf_data,sizeof(buf_data));gets(buf_data);ssize_t ret_send = sendto(sockfd,buf_data,strlen(buf_data)+1,0,(struct sockaddr*)&buf_sockaddr,buf_addrlen);if(ret_send == -1){perror("sendto");close(sockfd);exit(1);}printf("我：%s\n",buf_data);}}else if(pid == 0){while(1){ssize_t ret_recv = recvfrom(sockfd,buf_data,sizeof(buf_data),0,(struct sockaddr*)&buf_sockaddr,&buf_addrlen);if(ret_recv == -1){perror("recvfrom");close(sockfd);exit(1);}printf("IP:%s:%s\n",inet_ntoa(buf_sockaddr.sin_addr),buf_data);}}else{perror("fork");close(sockfd);exit(1);}return 0; }/***************************/ /* 客戶端 */ /***************************/ #include <stdio.h> #include <strings.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h>int main() {char buf_data[1024] = "\0";/*創(chuàng)建套接字*/int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd == -1){perror("socket");exit(1);}printf("sockfd:%d\n",sockfd);/*輸入并配置對端網(wǎng)絡(luò)地址信息*/short port;char IP[20];printf("輸入對方IP:\n");scanf("%s",IP);getchar();printf("輸入對方端口號:\n");scanf("%hd",&port);getchar();struct sockaddr_in serverAddr;serverAddr.sin_family = AF_INET;serverAddr.sin_port = htons(port);//短整型轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡(luò)格式serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);//字符串格式轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)地址格式/*緩存用于獲取對端的網(wǎng)絡(luò)地址信息*/struct sockaddr_in buf_sockaddr;socklen_t buf_addrlen = sizeof(buf_sockaddr);pid_t pid = fork();if(pid>0){while(1){/*發(fā)送信息*/bzero(buf_data,sizeof(buf_data));gets(buf_data);ssize_t ret_send = sendto(sockfd,buf_data,strlen(buf_data)+1,0,(struct sockaddr*)&serverAddr,sizeof(serverAddr));if(ret_send == -1){perror("sendto");close(sockfd);exit(1);} printf("我：%s\n",buf_data);bzero(buf_data,sizeof(buf_data));}}else if(pid == 0){/*接收信息*/while(1){bzero(buf_data,sizeof(buf_data));ssize_t ret_recv = recvfrom(sockfd,buf_data,sizeof(buf_data),0,(struct sockaddr*)&buf_sockaddr,&buf_addrlen);if(ret_recv == -1){perror("recvfrom");close(sockfd);exit(1);}printf("IP:%s:%s\n",inet_ntoa(buf_sockaddr.sin_addr),buf_data);}}else{perror("fork");close(sockfd);exit(1);}return 0; }

五 TCP通信的實現(xiàn)

TCP（Transmission Control Protocol，傳輸控制協(xié)議）是面向連接的協(xié)議，也就是說，在收發(fā)數(shù)據(jù)前，必須和對方建立可靠的連接。
TCP 是面向連接的、可靠的流協(xié)議。流就是指不間斷的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，當(dāng)應(yīng)用程序采用 TCP 發(fā)送消息時，雖然可以保證發(fā)送的順序，但還是猶如沒有任何間隔的數(shù)據(jù)流發(fā)送給接收端。TCP 為提供可靠性傳輸，實行“順序控制”或“重發(fā)控制”機制。此外還具備“流控制（流量控制）”、“擁塞控制”、提高網(wǎng)絡(luò)利用率等眾多功能。

1.listen函數(shù)（server端）

對于服務(wù)器端程序，使用bind 函數(shù)綁定套接字后，還需要使用listen 函數(shù)讓套接字進(jìn)入被動監(jiān)聽狀態(tài)，再調(diào)用accept 函數(shù)，就可以隨時響應(yīng)客戶端的請求了。
所謂被動監(jiān)聽，是指當(dāng)沒有客戶端請求時，套接字處于“睡眠”狀態(tài)，只有當(dāng)接收到客戶端請求時，套接字才會被“喚醒”來響應(yīng)請求。

int listen(int sockfd, int backlog); /* 功能：使套接字進(jìn)入被動監(jiān)聽狀態(tài) 參數(shù)：int sockfd：需要進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)的套接字int backlog：請求隊列的最大長度返回值：成功：0失敗：-1 */

當(dāng)套接字正在處理客戶端請求時，如果有新的請求進(jìn)來，套接字是沒法處理的，只能把它放進(jìn)緩沖區(qū)，待當(dāng)前請求處理完畢后，再從緩沖區(qū)中讀取出來處理。如果不斷有新的請求進(jìn)來，它們就按照先后順序在緩沖區(qū)中排隊，直到緩沖區(qū)滿。這個緩沖區(qū)，就稱為請求隊列（Request Queue）
當(dāng)請求隊列滿時，就不再接收新的請求，對于 Linux，客戶端會收到 ECONNREFUSED 錯誤
listen只是讓套接字處于監(jiān)聽狀態(tài)，并沒有接收請求。接收請求需要使用 accept函數(shù)

2.accept函數(shù)（server端）

當(dāng)套接字處于監(jiān)聽狀態(tài)時，可以通過 accept函數(shù)來接收客戶端請求。
listen只是讓套接字進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，并沒有真正接收客戶端請求，listen后面的代碼會繼續(xù)執(zhí)行，直到遇到 accept
accept 會阻塞程序執(zhí)行，直到有新的請求到來。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); /* 功能：處理來自客戶端的連接請求參數(shù)：int sockfd：處于監(jiān)聽狀態(tài)的套接字（服務(wù)器綁定的套接字也叫監(jiān)聽套接字）struct sockaddr *addr：用于獲取對端的地址信息socklen_t *addrlen：參數(shù)2的大小返回值：成功：返回一個新的套接字（這個套接字與當(dāng)前發(fā)起申請的客戶端連接）失敗：-1 */

3.connect函數(shù)（client端）

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); /* 功能：客戶端發(fā)起連接服務(wù)器請求參數(shù)：int sockfd：client套接字const struct sockaddr *addr：對端（服務(wù)器）的地址信息socklen_t *addrlen：參數(shù)2的大小返回值：成功：0失敗：-1 */

4.write與read函數(shù)

建立好了 TCP 連接之后，我們就可以把得到的 sockfd 當(dāng)作文件描述符來使用。

#include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

需要注意 read 函數(shù)的返回值：

retval > 0 ：實際讀到的字節(jié)數(shù)
retval = 0 ：
?????普通文件 — 到達(dá)文件末尾
?????管道文件 — 管道寫端關(guān)閉
?????套接字文件 — 對端關(guān)閉，網(wǎng)絡(luò)斷開
retval < 0 ：出錯

5.send與recv函數(shù)

recv 和 send 函數(shù)提供了和 read 和 write 差不多的功能。前3個參數(shù)同read、write，第4
個參數(shù)用來控制讀寫操作。

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> ssize_t send(int sockfd, const void *buff, size_t nbytes, int flags); /* 參數(shù) int flags：0：等同于writeMSG_DONTROUTE：告訴 IP 目的主機在本地網(wǎng)絡(luò)上面，沒有必要查找表，這個標(biāo)志一般用網(wǎng)絡(luò)診斷和路由程序里面MSG_OOB：表示可以接收和發(fā)送帶外的數(shù)據(jù)MSG_DONTWAIT：僅本操作非阻塞（執(zhí)行完恢復(fù)阻塞模式） */ ssize_t recv(int sockfd, void *buff, size_t nbytes, int flags); /* 參數(shù) int flags：0：等同于readMSG_PEEK：表示只是從系統(tǒng)緩沖區(qū)中讀取內(nèi)容，而不清除系統(tǒng)緩沖區(qū)的內(nèi)容MSG_OOB：表示可以接收和發(fā)送帶外的數(shù)據(jù)MSG_DONTWAIT：僅本操作非阻塞（執(zhí)行完恢復(fù)阻塞模式）MSG_WAITALL：表示等到所有的信息到達(dá)時才返回。使用這個標(biāo)志的時候 recv 會一直阻塞，直到指定的條件滿足，或者是發(fā)生了錯誤：1.當(dāng)讀到了指定的字節(jié)時，函數(shù)正常返回。返回值等于 len2.當(dāng)讀到了文件的結(jié)尾時，函數(shù)正常返回。返回值小于 len3.當(dāng)操作發(fā)生錯誤時，返回 -1，且設(shè)置錯誤為相應(yīng)的錯誤號 (errno) */

6.示例

實現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端的對話，服務(wù)器端運行時命令行傳參端口號，客戶端運行時命令行傳參服務(wù)器的IP和端口號
關(guān)于程序中用到的IO多路復(fù)用select函數(shù)，參考select函數(shù)詳解

運行效果：

/***************************/ /* 服務(wù)器端 */ /***************************/ #include <stdio.h> #include <strings.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/select.h>void error_Handling(char* func,int retval); void error_of_read(int retval,char* IP); void sigFun(int sig); int count = 0;int main(int argc,char* argv[]) {if(argc != 2){printf("%s Port",argv[0]);exit(1);}signal(SIGCHLD,sigFun);char buf_data[1024] = {};/*創(chuàng)建套接字——監(jiān)聽套接字*/int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);error_Handling("socket",listenfd);/*綁定監(jiān)聽套接字與主機網(wǎng)絡(luò)地址信息*/int on = 1;int ret_set = setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on));//地址復(fù)用error_Handling("setsockopt",ret_set);struct sockaddr_in serverAddr;serverAddr.sin_family = AF_INET;serverAddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);int ret_bind = bind(listenfd,(struct sockaddr*)&serverAddr,sizeof(serverAddr));error_Handling("bind",ret_bind);/*設(shè)置監(jiān)聽隊列的大小*/int ret_listen = listen(listenfd,10);error_Handling("listen",ret_listen);/*監(jiān)聽等待連接*/struct sockaddr_in buf_addr;socklen_t buf_addrlen = sizeof(buf_addr);while(1){printf("服務(wù)器持續(xù)監(jiān)聽中\(zhòng)n");printf("連接服務(wù)器的客戶端數(shù)量：%d\n",count++);int newconfd = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&buf_addr,&buf_addrlen);//返回分機套接字error_Handling("accept",newconfd);pid_t pid = fork();error_Handling("fork",pid);if(pid == 0){printf("FATHERPID:%d CHILDPID:%d\n",getppid(),getpid());printf("與IP:| %s |建立連接\n",inet_ntoa(buf_addr.sin_addr));while(1){/*在這里做一個IO多路復(fù)用*/fd_set readfds;FD_ZERO(&readfds);FD_SET(0,&readfds);FD_SET(newconfd,&readfds);int ret_select = select(newconfd+1,&readfds,NULL,NULL,NULL);error_Handling("select",ret_select);/*select返回表示有描述符就緒*/if(FD_ISSET(0,&readfds))//檢查標(biāo)準(zhǔn)輸入是否被置位{ssize_t ret_read = read(0,&buf_data,sizeof(buf_data));error_Handling("read",ret_read);ssize_t ret_write = write(newconfd,&buf_data,sizeof(buf_data));error_Handling("write",ret_write);printf("我:%s\n",buf_data);bzero(&buf_data,sizeof(buf_data));}if(FD_ISSET(newconfd,&readfds))//檢查套接字是否被置位{ssize_t ret_read = read(newconfd,&buf_data,sizeof(buf_data));error_of_read(ret_read,inet_ntoa(buf_addr.sin_addr));printf("%s:%s\n",inet_ntoa(buf_addr.sin_addr),buf_data);bzero(&buf_data,sizeof(buf_data));}}}}/*關(guān)閉套接字*///close(newconfd);close(listenfd);return 0; } void error_Handling(char* func,int retval) {if(retval == -1){perror(func);exit(1);} } void error_of_read(int retval,char* IP) {if(retval<0){perror("read");exit(1);}if(retval == 0){perror("read");printf("%s 已斷開連接,此進(jìn)程結(jié)束\n",IP);exit(1);} } void sigFun(int sig) {wait(NULL);count--;printf("有子進(jìn)程退出已經(jīng)收尸\n"); }/***************************/ /* 客戶端 */ /***************************/ #include <stdio.h> #include <strings.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <errno.h> #include <sys/socket.h> #include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/select.h>void error_Handling(char* func,int retval);int main(int argc,char* argv[]) {if(argc != 3){printf("%s IP Port\n",argv[0]);exit(1);}char buf_data[1024] = {};/*創(chuàng)建套接字*/int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);error_Handling("socket",sockfd);/*連接*/struct sockaddr_in serverAddr;serverAddr.sin_family = AF_INET;serverAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);int ret_connect = connect(sockfd,(struct sockaddr*)&serverAddr,sizeof(serverAddr));error_Handling("connect",ret_connect);/*發(fā)送數(shù)據(jù)*/while(1){/*在這里做一個IO多路復(fù)用*/fd_set readfds;FD_ZERO(&readfds);FD_SET(0,&readfds);FD_SET(sockfd,&readfds);int ret_select = select(sockfd+1,&readfds,NULL,NULL,NULL);error_Handling("select",ret_select);/*select返回表示有描述符就緒*/if(FD_ISSET(0,&readfds))//檢查標(biāo)準(zhǔn)輸入是否被置位{ssize_t ret_read = read(0,&buf_data,sizeof(buf_data));error_Handling("read",ret_read);ssize_t ret_write = write(sockfd,&buf_data,sizeof(buf_data));error_Handling("write",ret_write);printf("我:%s\n",buf_data);bzero(&buf_data,sizeof(buf_data));}if(FD_ISSET(sockfd,&readfds))//檢查套接字是否被置位{ssize_t ret_read = read(sockfd,&buf_data,sizeof(buf_data));error_Handling("read",ret_read);printf("%s:%s\n",inet_ntoa(serverAddr.sin_addr),buf_data);bzero(&buf_data,sizeof(buf_data));}}/*關(guān)閉套接字*/close(sockfd);return 0; }void error_Handling(char* func,int retval) {if(retval == -1){perror(func);exit(1);} }

六套接字的緩沖區(qū)以及阻塞模式

參考socket套接字及緩沖區(qū)詳解

1.緩沖區(qū)

每個 socket 被創(chuàng)建后，都會分配兩個緩沖區(qū)，輸入緩沖區(qū) 和輸出緩沖區(qū)
write()/send()/send to() 函數(shù)并不立即向網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)，而是先將數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)中，再由TCP協(xié)議將數(shù)據(jù)從緩沖區(qū)發(fā)送到目標(biāo)機器。一旦將數(shù)據(jù)寫入到緩沖區(qū)，函數(shù)就可以成功返回，不管它們有沒有到達(dá)目標(biāo)機器，也不管它們何時被發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，這些都是TCP協(xié)議負(fù)責(zé)的事情。
read()/recv()/recefrom() 函數(shù)也是如此，也從輸入緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，而不是直接從網(wǎng)絡(luò)中讀取。
每個套接字的I/O緩沖區(qū)單獨存在。
即使一端關(guān)閉套接字，也會繼續(xù)傳送這端套接字輸出緩沖區(qū)中遺留的數(shù)據(jù)。
如果一端關(guān)閉套接字，這端將丟失輸入緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)。
默認(rèn)情況下，套接字為阻塞模式

//把套接字設(shè)置成非阻塞模式 fcntl(sockfd, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK); //非阻塞模式的使用并不普遍，因為非阻塞模式會浪費大量的CPU資源

2.使用write/send發(fā)送數(shù)據(jù)

阻塞模式下：

首先會檢查輸出緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)的可用空間長度小于要發(fā)送的數(shù)據(jù)，那么 write()/send() 會被阻塞（暫停執(zhí)行），直到緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)被發(fā)送到目標(biāo)機器，騰出足夠的空間，才喚醒 write()/send() 函數(shù)繼續(xù)寫入數(shù)據(jù)；
如果要寫入的數(shù)據(jù)大于緩沖區(qū)的最大長度，那么將分批寫入。直到所有數(shù)據(jù)被寫入緩沖區(qū) write()/send() 才能返回。
如果TCP協(xié)議正在向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么輸出緩沖區(qū)會被鎖定，不允許寫入，write()/send() 也會被阻塞，直到數(shù)據(jù)發(fā)送完畢緩沖區(qū)解鎖，write()/send() 才會被喚醒。
send()函數(shù)默認(rèn)情況下會使用Nagle算法。Nagle算法通過將未確認(rèn)的數(shù)據(jù)存入緩沖區(qū)直到積攢到一定數(shù)量一起發(fā)送的方法，來降低主機發(fā)送零碎小數(shù)據(jù)包的數(shù)目。所以假設(shè)send()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)過快的話，該算法會將一些數(shù)據(jù)打包后統(tǒng)一發(fā)出去。通過setsockopt()的TCP_NODELAY選項來禁用Nagle算法。

非阻塞模式下：

write/send不做等待立即返回；
write()/send()函數(shù)的過程僅僅是將數(shù)據(jù)拷貝到協(xié)議棧的緩沖區(qū)而已，如果緩沖區(qū)可用空間不夠，則盡可能拷貝，返回成功拷貝的大小；
如果緩存區(qū)可用空間為0，則返回-1，同時設(shè)置errno為EWOULDBLOCK。

3.使用read/recv讀取數(shù)據(jù)

read/recv函數(shù)返回其實際copy的字節(jié)數(shù)，如果recv在copy時出錯，那么它返回SOCKET_ERROR；如果recv函數(shù)在等待協(xié)議接收數(shù)據(jù)時網(wǎng)絡(luò)中斷了，那么它返回0。
阻塞模式下：

首先會檢查輸入緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，那么就讀取，否則函數(shù)會被阻塞，直到網(wǎng)絡(luò)上有數(shù)據(jù)到來；（如果數(shù)據(jù)正在從輸入緩沖區(qū)拷貝到用戶空間，read/recv也會被阻塞）
如果要讀取的數(shù)據(jù)長度小于緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)長度，那么就不能一次性將緩沖區(qū)中的所有數(shù)據(jù)讀出，剩余數(shù)據(jù)將不斷積壓，直到輸入緩沖區(qū)滿，協(xié)議棧不能再接收數(shù)據(jù)。

非阻塞模式下：

write/send不做等待立即返回；
成功返回實際讀到的字節(jié)數(shù)；
如果輸入緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，返回錯誤EWOULDBLOCK。

七總結(jié)套接字收發(fā)數(shù)據(jù)的過程

TCP發(fā)送數(shù)據(jù)的過程：首先，TCP是有鏈接的可靠傳輸協(xié)議，所謂可靠也就是說保證客戶端發(fā)送的數(shù)據(jù)服務(wù)端都能夠收到，并且是按序收到。

數(shù)據(jù)首先由應(yīng)用程序緩沖區(qū)復(fù)制到發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)（位于內(nèi)核），注意這個過程是用類似write功能的函數(shù)完成的。有的人通常看到write成功就以為數(shù)據(jù)發(fā)送到了對端主機，其實這是錯誤的，write成功僅僅表示數(shù)據(jù)成功的由應(yīng)用進(jìn)程緩沖區(qū)復(fù)制到了輸出緩沖區(qū)。

然后內(nèi)核協(xié)議棧將輸出緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到對端主機，注意這個過程不受應(yīng)用程序控制，而是發(fā)送端內(nèi)核協(xié)議棧完成，其中包括使用滑動窗口、擁塞控制等功能。

數(shù)據(jù)到達(dá)接收端主機的輸入緩沖區(qū)，注意這個接收過程也不受應(yīng)用程序控制，而是由接收端內(nèi)核協(xié)議棧完成，其中包括發(fā)送ack確認(rèn)等。

數(shù)據(jù)由套接字接收緩沖區(qū)復(fù)制到接收端應(yīng)用程序緩沖區(qū)，注意這個過程是由類似read等函數(shù)來完成。

思考：如果TCP服務(wù)端一直sleep，客戶端一直發(fā)送數(shù)據(jù)，會出現(xiàn)什么情況？

阻塞模式下：
如果服務(wù)端一直sleep不接收數(shù)據(jù)，而客戶端一直write，也就是只能執(zhí)行上述過程中的前三步，這樣最終結(jié)果肯定是接收端的輸入緩沖區(qū)和發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)都被填滿，這樣write就無法繼續(xù)將數(shù)據(jù)從應(yīng)用程序復(fù)制到發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)了，從而使進(jìn)程進(jìn)入睡眠。

非阻塞情況下：
服務(wù)端一直sleep，隨著客戶端write，接收端的輸入緩沖區(qū)和發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)會被填滿。當(dāng)發(fā)送端的輸出緩沖區(qū)的可用空間為0時，write立即返回-1，并將errno置為EWOULDBLOCK。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Socket套接字通信 TCP UDP详解（网络通信）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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