????????Socket（套接字），在Linux环境下，用于表示进程间网络通信的特殊文件类型。本质为内核借助缓冲区形成的伪文件。
????????本质是文件，那么理所当然的，我们可以使用文件描述符引用套接字。与管道类似的，Linux系统将其封装成文件的目的是为了统一接口，使得读写套接字和读写文件的操作一致。区别是管道主要应用于本地进程间通信，而套接字多应用于网络进程间数据的传递。
????????在TCP/IP协议中，“IP地址+TCP或UDP端口号”唯一标识网络通讯中的一个进程。“IP地址+端口号”就对应一个socket。欲建立连接的两个进程各自有一个socket来标识，那么这两个socket组成的socket pair就唯一标识一个连接。因此可以用Socket来描述网络连接的一对一关系。
套接字通信原理如下图所示：
?????????在网络通信中，套接字一定是成对出现的。一端的发送缓冲区对应对端的接收缓冲区。我们使用同一个文件描述符发送缓冲区和接收缓冲区。
????????socket编程用到的重要的结构体:struct sockaddr。
????????strcut sockaddr 很多网络编程函数诞生早于IPv4协议，那时候都使用的是sockaddr结构体,为了向前兼容，现在sockaddr退化成了（void *）的作用，传递一个地址给函数，至于这个函数是sockaddr_in还是sockaddr_in6，由地址族确定，然后函数内部再强制类型转化为所需的地址类型。
????????
?struct sockaddr结构说明:
? ? ? ?struct sockaddr {
? ? ? ? ? ? sa_family_t? ?sa_family;
? ? ? ? ? ?char ????sa_data[14];
? ? ? ? }
????????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 */
? ? ? ? ? ?};
? ? ? ? ? ?/* Internet address. */
? ? ? ? ? ?struct in_addr {
? ? ? ? ? ? ? ?uint32_t ? ? ? s_addr; ? ? /* address in network byte order */
? ? ? ? ? ?};//网络字节序IP--大端模式
??????????服务端开发流程:
?? ?1 .创建socket,返回一个文件描述符lfd---socket()
?? ??? ?--该文件描述符用于监听客户端连接
?? ?2 .将lfd和IP ?PORT进行绑定----bind()
?? ?3 .将lfd由主动变为被动监听----listen()
?? ?4 .接受一个新的连接,得到一个文件描述符cfd----accept()
?? ??? ?---该文件描述符是用于和客户端进行通信的
?? ?5 .while(1)
?? ? ?{
?? ? ??? ?接收数据---read或者recv
?? ? ??? ?发送数据---write或者send
?? ? ?}
?? ?6 .关闭文件描述符----close(lfd) ?close(cfd);
相关的API函数介绍
socket函数? ? ? ?
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);//函数原型
domain:
AF_INET 这是大多数用来产生socket的协议，使用TCP或UDP来传输，用IPv4的地址
AF_INET6 与上面类似，不过是来用IPv6的地址
AF_UNIX 本地协议，使用在Unix和Linux系统上，一般都是当客户端和服务器在同一台及其上的时候使用
type:
SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。
SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。
SOCK_SEQPACKET该协议是双线路的、可靠的连接，发送固定长度的数据包进行传输。必须把这个包完整的接受才能进行读取。
SOCK_RAW socket类型提供单一的网络访问，这个socket类型使用ICMP公共协议。（ping、traceroute使用该协议）
SOCK_RDM 这个类型是很少使用的，在大部分的操作系统上没有实现，它是提供给数据链路层使用，不保证数据包的顺序
protocol:
传0 表示使用默认协议。
返回值：成功：返回指向新创建的socket的文件描述符，失败：返回-1，设置errno
????????当调用socket函数以后, 返回一个文件描述符, 内核会提供与该文件描述符相对应的读和写缓冲区, 同时还有两个队列, 分别是请求连接队列和已连接队列.?
bind函数
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd：socket文件描述符
addr:构造出IP地址加端口号
addrlen:sizeof(addr)长度
返回值：成功返回0，失败返回-1, 设置errno
?????????服务器程序所监听的网络地址和端口号通常是固定不变的，客户端程序得知服务器程序的地址和端口号后就可以向服务器发起连接，因此服务器需要调用bind绑定一个固定的网络地址和端口号。
????????bind()的作用是将参数sockfd和addr绑定在一起，使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听addr所描述的地址和端口号。前面讲过，struct sockaddr *是一个通用指针类型，addr参数实际上可以接受多种协议的sockaddr结构体，而它们的长度各不相同，所以需要第三个参数addrlen指定结构体的长度。如：
struct sockaddr_in serv;
serv.sin_family = AF_INET;
serv.sin_port = htons(8888);
serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//INADDR_ANY: 表示使用本机任意有效的可用IP
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);
listen函数?
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd:socket文件描述符
backlog:排队建立3次握手队列和刚刚建立3次握手队列的链接数和
查看系统默认backlog
cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_max_syn_backlog
????????典型的服务器程序可以同时服务于多个客户端，当有客户端发起连接时，服务器调用的accept()返回并接受这个连接，如果有大量的客户端发起连接而服务器来不及处理，尚未accept的客户端就处于连接等待状态，listen()声明sockfd处于监听状态，并且最多允许有backlog个客户端处于连接待状态，如果接收到更多的连接请求就忽略。listen()成功返回0，失败返回-1。
????????
accept函数?
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
函数说明:获得一个连接, 若当前没有连接则会阻塞等待.
函数参数:sockfd: 调用socket函数返回的文件描述符
addr: 传出参数, 保存客户端的地址信息
addrlen: 传入传出参数, ?addr变量所占内存空间大小
返回值:成功: 返回一个新的文件描述符,用于和客户端通信
? ? ? ? ? ?失败: 返回-1, 并设置errno值.
????????accept函数是一个阻塞函数, 若没有新的连接请求, 则一直阻塞.
????????从已连接队列中获取一个新的连接, 并获得一个新的文件描述符, 该文件描述符用于和客户端通信. ?(内核会负责将请求队列中的连接拿到已连接队列中).
客户端的开发流程:
?? ?1 创建socket, 返回一个文件描述符cfd---socket()
?? ??? ?---该文件描述符是用于和服务端通信
?? ?2 连接服务端---connect()?
?? ?3 while(1)
?? ? ?{
?? ? ??? ?//发送数据---write或者send
?? ? ??? ?//接收数据---read或者recv
?? ? ?}
?? ? ?
?? ?4 close(cfd)
?相关的API函数介绍
connect函数
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockdf:socket文件描述符
addr:传入参数，指定服务器端地址信息，含IP地址和端口号
addrlen:传入参数,传入sizeof(addr)大小
返回值：成功返回0，失败返回-1，设置errno
????????客户端需要调用connect()连接服务器，connect和bind的参数形式一致，区别在于bind的参数是自己的地址，而connect的参数是对方的地址。connect()成功返回0，出错返回-1。?
服务端和客户端编写代码的流程如下：
服务端代码如下
server.cpp的作用是从客户端读字符，然后将每个字符转换为大写并回送给客户端。
/服务端程序
#include<iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <ctype.h>
int main()
{
//创建socket
//int socket(int domain, int type, int protocol);
int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(lfd<0)
{
perror("socket error");
return -1;
}
//int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
//绑定
struct sockaddr_in serv;
bzero(&serv, sizeof(serv));
serv.sin_family = AF_INET;
serv.sin_port = htons(8888);
serv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //表示使用本地任意可用IP
int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));
if(ret<0)
{
perror("bind error");
return -1;
}
//监听
//int listen(int sockfd, int backlog);
listen(lfd, 128);
//int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
struct sockaddr_in client;
socklen_t len = sizeof(client);
int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&client, &len); //len是一个输入输出参数
//const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
//获取client端的IP和端口
char sIP[16];
memset(sIP, 0x00, sizeof(sIP));
printf("client-->IP:[%s],PORT:[%d]\n", inet_ntop(AF_INET, &client.sin_addr.s_addr, sIP, sizeof(sIP)), ntohs(client.sin_port));
printf("lfd==[%d], cfd==[%d]\n", lfd, cfd);
int i = 0;
int n = 0;
char buf[1024];
while(1)
{
//读数据
memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
if(n<=0)
{
printf("read error or client close, n==[%d]\n", n);
break;
}
printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
for(i=0; i<n; i++)
{
buf[i] = toupper(buf[i]);
}
//发送数据
write(cfd, buf, n);
}
//关闭监听文件描述符和通信文件描述符
close(lfd);
close(cfd);
return 0;
}
?客户端代码如下
client.cpp的作用是从命令行参数中获得一个字符串发给服务器，然后接收服务器返回的字符串并打印。
//客户端代码
#include<iostream>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
int main()
{
//创建socket---用于和服务端进行通信
int cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(cfd<0)
{
perror("socket error");
return -1;
}
//连接服务端
//int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
struct sockaddr_in serv;
serv.sin_family = AF_INET;
serv.sin_port = htons(8888);
inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv.sin_addr.s_addr);
printf("[%x]\n", serv.sin_addr.s_addr);
int ret = connect(cfd, (struct sockaddr *)&serv, sizeof(serv));
if(ret<0)
{
perror("connect error");
return -1;
}
int n = 0;
char buf[256];
while(1)
{
//读标准输入数据
memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
n = read(STDIN_FILENO, buf, sizeof(buf));
//发送数据
write(cfd, buf, n);
//读服务端发来的数据
memset(buf, 0x00, sizeof(buf));
n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
if(n<=0)
{
printf("read error or server closed, n==[%d]\n", n);
break;
}
printf("n==[%d], buf==[%s]\n", n, buf);
}
//关闭套接字cfd
close(cfd);
return 0;
}
?具体步骤如下：
下图是基于TCP协议的客户端/服务器程序的一般流程：
????????服务器调用socket()、bind()、listen()完成初始化后，调用accept()阻塞等待，处于监听端口的状态，客户端调用socket()初始化后，调用connect()发出SYN段并阻塞等待服务器应答，服务器应答一个SYN-ACK段，客户端收到后从connect()返回，同时应答一个ACK段，服务器收到后从accept()返回。
数据传输的过程：
????????建立连接后，TCP协议提供全双工的通信服务，但是一般的客户端/服务器程序的流程是由客户端主动发起请求，服务器被动处理请求，一问一答的方式。因此，服务器从accept()返回后立刻调用read()，读socket就像读管道一样，如果没有数据到达就阻塞等待，这时客户端调用write()发送请求给服务器，服务器收到后从read()返回，对客户端的请求进行处理，在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答，服务器调用write()将处理结果发回给客户端，再次调用read()阻塞等待下一条请求，客户端收到后从read()返回，发送下一条请求，如此循环下去。
????????如果客户端没有更多的请求了，就调用close()关闭连接，就像写端关闭的管道一样，服务器的read()返回0，这样服务器就知道客户端关闭了连接，也调用close()关闭连接。注意，任何一方调用close()后，连接的两个传输方向都关闭，不能再发送数据了。如果一方调用shutdown()则连接处于半关闭状态，仍可接收对方发来的数据。
运行结果如下：
????????