[C++知识库]C++学习之Socket

Socket是什么

socket就是套接字的意思，用于描述地址和端口。应用程序通过socket向网络发出请求或者回应。

socket编程有三种：

• 流式套接字（SOCK_STREAM）
• 数据报套接字(SOCK_DGRAM)
• 原始套接字(SOCK_RAW)

前两者较常用。基于TCP的socket编程是流式套接字。

服务端和客户端都做了什么

服务端：

建立socket，声明自身的port和IP，并绑定到socket，使用listen监听，然后不断用accept去查看是否有连接。如果有，捕获socket，并通过recv获取消息的内容，通信完成后调用closeSocket关闭这个对应accept到的socket。如果不需要等待任何客户端连接，那么用closeSocket直接关闭自身的socket。

转载至：https://blog.csdn.net/zahngjialiang/article/details/53929584

客户端：

建立socket，通过端口号和地址确定目标服务器，使用Connect连接到服务器，send发送消息，等待处理，通信完成后调用closeSocket关闭socket。

三次握手四次挥手是什么

第一次握手：Client将SYN（同步序列编号Synchronize Sequence Numbers）置1，随机产生一个初始序列号seq发送给Server，进入SYN_SENT状态；
第二次握手：Server收到Client的SYN=1之后，知道客户端请求建立连接，将自己的SYN置1，ACK（确认字符Acknowledge Character）置1，产生一个acknowledge number=sequence number+1，并随机产生一个自己的初始序列号，发送给客户端；进入SYN_RCVD状态；
第三次握手：客户端检查acknowledge number是否为序列号+1，ACK是否为1，检查正确之后将自己的ACK置为1，产生一个acknowledge number=服务器发的序列号+1，发送给服务器；进入ESTABLISHED状态；服务器检查ACK为1和acknowledge number为序列号+1之后，也进入ESTABLISHED状态；完成三次握手，连接建立。

第一次挥手：Client将FIN(finish)置为1，发送一个序列号seq给Server；进入FIN_WAIT_1状态；
第二次挥手：Server收到FIN之后，发送一个ACK=1，acknowledge number=收到的序列号+1；进入CLOSE_WAIT状态。此时客户端已经没有要发送的数据了，但仍可以接受服务器发来的数据。
第三次挥手：Server将FIN置1，发送一个序列号给Client；进入LAST_ACK状态；
第四次挥手：Client收到服务器的FIN后，进入TIME_WAIT状态；接着将ACK置1，发送一个acknowledge number=序列号+1给服务器；服务器收到后，确认acknowledge number后，变为CLOSED状态，不再向客户端发送数据。客户端等待2*MSL（报文段最长寿命）时间后，也进入CLOSED状态。完成四次挥手。

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原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_41969690/article/details/106196702

Windows下的代码怎么写，参考：
https://blog.csdn.net/zahngjialiang/article/details/53929584
对于函数解释的很清晰。

另外目前的教程都是有服务端和客户端的代码的，刚开始看真的很蒙，不明白要怎么运行。其实他们是把两个代码分别编译成EXE后进行测试的。其实我们可以下载一个TCP调试助手，就可以只写一端的代码进行测试了。比如下图这个：

Socket代码解析

1. WSAStartup函数

使用Socket之前必须调用WSAStartup函数，此函数在应用程序中用来初始化Windows Sockets DLL，只有此函数调用成功后，应用程序才可以调用Windows SocketsDLL中的其他API函数，否则后面的任何函数都将调用失败。

函数的原型：

int WSAAPI WSAStartup(
  WORD      wVersionRequested,
  LPWSADATA lpWSAData
);

函数的使用：

WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);//第一个参数是dll版本号，第二个参数是创建的socket对象

2. WSADATA

WSADATA，一种数据结构。
这个结构被用来存储被WSAStartup函数调用后返回的Windows Sockets数据。

3. MAKEWORD函数

Windows Sockets DLL期望调用者使用的Windows Sockets规范的版本。 高位字节存储副版本号, 低位字节存储主版本号，可以用WORD MAKEWORD(BYTE,BYTE ) 返回这个值,例如:MAKEWORD(1,1)

前面都做完了之后：

//需要确认是否初始化成功
    if (WSAStartup(sockVersion, &wsdata) != 0)
    {
        return 1;
    }

4. SOCKET函数

SOCKET socket(int af,int type,int protocol);
af:一个地址家族，通常为AF_INET(AF–ADDRESS FAMILY)
type:套接字类型，SOCK_STREAM表示创建面向流连接的套接字。为SOCK_DGRAM，表示创建面向无连接的数据包套接字。为SOCK_RAW，表示创建原始套接字
protocol:套接字所用协议，不指定可以设置为0 返回值就是一个socket

函数的使用：

	SOCKET serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (serverSocket == INVALID_SOCKET)
    {
        cout << "Socket error" << endl;
        return 1;
    }

5. sockaddr_in 结构体

成员变量如下：

	struct sockaddr_in{
    sa_family_t     sin_family;   //地址族（Address Family），也就是地址类型
    uint16_t        sin_port;     //16位的端口号
    struct in_addr  sin_addr;     //32位IP地址
    char            sin_zero[8];  //不使用，一般用0填充
};

1. sin_family 和 socket() 的第一个参数的含义相同，取值也要保持一致。

2. sin_prot 为端口号。uint16_t 的长度为两个字节，理论上端口号的取值范围为 0~65536，但 0~1023
   的端口一般由系统分配给特定的服务程序，例如 Web 服务的端口号为 80，FTP 服务的端口号为 21，所以我们的程序要尽量在
   1024~65536 之间分配端口号。 端口号需要用 htons() 函数转换，后面会讲解为什么。

3. sin_addr 是 struct in_addr 结构体类型的变量，下面会详细讲解。

4. sin_zero[8] 是多余的8个字节，没有用，一般使用 memset() 函数填充为 0。上面的代码中，先用 memset()
   将结构体的全部字节填充为 0，再给前3个成员赋值，剩下的 sin_zero 自然就是 0 了。

6. memset函数

复制字符 c（一个无符号字符）到参数 str 所指向的字符串的前 n 个字符。

void *memset(void *str, int c, size_t n)

函数的使用：

	sockaddr_in sockAddr;//创建套接字地址
	memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));//用0填充每个字节
	sockAddr.sin_family = PF_INET;//使用PF_INET地址族，也就是IPv4
	sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.200");//具体的地址
	sockAddr.sin_port = htons(4196);//端口

7. in_addr 结构体（sin_addr）

sockaddr_in 的第3个成员是 in_addr 类型的结构体，该结构体只包含一个成员：

struct in_addr{
  in_addr_t  s_addr;  //32位的IP地址
};

in_addr_t 在头文件 <netinet/in.h> 中定义，等价于 unsigned long，长度为4个字节。也就是说，s_addr 是一个整数，而IP地址是一个字符串，所以需要 inet_addr() 函数进行转换。

8. bind（）函数

函数声明：

int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);

sock 为 socket 文件描述符，addr 为 sockaddr 结构体变量的指针，addrlen 为 addr 变量的大小，可由 sizeof() 计算得出。

函数的使用：

bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));

或者用下面的代码：

    if (bind(serverSocket, (sockaddr*)&sockAddr, sizeof(sockAddr)) == SOCKET_ERROR) {
        cout << "Bind error" << endl;
        return 1;
    }

9.listen（）函数

函数原型为：

int listen(SOCKET sock, int backlog); 

sock 为需要进入监听状态的套接字，backlog 为请求队列的最大长度。
该函数只有服务端有，客户端没有

函数的使用：

    if (listen(serverSocket, 10) == SOCKET_ERROR) {
        cout << "Listen error" << endl;
        return 1;
    }

10.accept（）函数

函数的原型：

int accept(int s, struct sockaddr * addr, int * addrlen);

函数说明：

accept()用来接受参数s 的socket 连线. 参数s 的socket 必需先经bind()、listen()函数处理过,
当有连线进来时accept()会返回一个新的socket 处理代码, 往后的数据传送与读取就是经由新的socket处理, 而原来参数s
的socket 能继续使用accept()来接受新的连线要求. 连线成功时, 参数addr 所指的结构会被系统填入远程主机的地址数据,
参数addrlen 为scokaddr 的结构长度

函数的使用：

    SOCKET clientSocket;
    sockaddr_in client_sin;
    int len = sizeof(client_sin);
    clientSocket = accept(serverSocket, (sockaddr*)&client_sin, &len);

11.send（）函数

函数的原型：

	int send(SOCKET s, const char *buf, int len, int flags);

send()用来将数据由指定的socket 传给对方主机. 参数s 为已建立好连接的socket. 参数msg 指向欲连线的数据内容, 参数len 则为数据长度. 参数flags 一般设0

11.closesocket（）函数

函数的原型：

int closesocket(SOCKET s)

关闭套接字，释放与套接字关联的所有资源

函数的使用：

closesocket(clientSocket);
closesocket(serverSocket);

12.WSACleanup（）函数

终止使用WinSock，释放为应用程序分配的相关资源

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