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套接字与网络编程基础

套接字

套接字是网络编程中的核心概念，它描述了客户端请求到达服务器的标识。套接字包含源IP地址、目标IP地址、源端口号和目标端口号等信息。套接字在TCP/IP协议中起着关键作用，用于实现数据的可靠传输和网络通信。

在TCP/IP协议族中，套接字有三种主要类型：

1. 流套接字（SOCK_STREAM）

流套接字提供面向连接、可靠的数据传输服务。它使用TCP协议，确保数据能够无差错、无重复地按顺序传输。流套接字适用于需要可靠通信的场景，如Web浏览器与服务器之间的通信。

2. 数据报套接字（SOCK_DGRAM）

数据报套接字提供无连接的服务。它使用UDP协议，数据传输速度快，但不保证数据的可靠性和顺序性。数据报套接字适用于对实时性要求较高的场景，如视频会议或在线游戏。

3. 原始套接字（SOCK_RAW）

原始套接字允许程序直接访问网络层和传输层的协议。它常用于检验新协议的实现或操作底层网络协议，如ICMP或IP包的接收和发送。

套接字函数

套接字的创建和操作需要使用一系列函数，这些函数在不同操作系统（如Linux和Windows）下有所不同。

1. 创建套接字

Linux: int socket(int af, int type, int protocol);Windows: SOCKET socket(int af, int type, int protocol);

• af：地址族，通常为AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）。
• type：套接字类型，如SOCK_STREAM（流套接字）或SOCK_DGRAM（数据报套接字）。
• protocol：协议类型，通常为0或 IPPROTO_TCP（TCP）或 IPPROTO_UDP（UDP）。

2. 绑定套接字

Linux: int bind(int sock, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);Windows: int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);

绑定套接字使其关联到特定的IP地址和端口。

3. 进入监听状态

Linux: int listen(int sockfd, int backlog);Windows: int listen(SOCKET sock, int backlog);

将套接字置于监听状态，等待客户端连接。

4. 等待客户端连接

Linux: int accept(int sockfd, struct sockaddr *client_addr, socklen_t *len);Windows: SOCKET accept(SOCKET sock, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

接受客户端的连接请求，返回新的套接字。

5. 客户端连接服务器

Linux: int connect(int sock_fd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);Windows: int connect(SOCKET sock, const struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

客户端主动连接到服务器。

接受与发送函数

1. 发送数据

Linux: ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);Windows: int send(SOCKET sock, const char *buf, int len, int flags);

2. 读取数据

Linux: ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);Windows: int recv(SOCKET sock, char *buf, int len, int flags);

相关结构体

1. struct sockaddr_in

用于设置IP地址和端口信息。

2. struct sockaddr

表示套接字地址，适用于所有地址族。

IP与端口函数

1. inet_pton

将IP地址从“点分十进制”格式转换为二进制整数格式，支持IPv4和IPv6。

2. inet_ntop

将二进制整数格式的IP地址转换为“点分十进制”格式。

3. htons和ntohs

将短整型数从主机字节序转换为网络字节序。

Windows示例代码

服务端代码

#include 
   
    #include 
    
     #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")#define BUF_SIZE 100int main() {    // 初始化Winsock    WSADATA wsaData;    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);        // 创建套接字    SOCKET serverSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);        // 绑定套接字    SOCKADDR_IN sockAddr;    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));    sockAddr.sin_family = PF_INET;    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");    sockAddr.sin_port = htons(9080);    bind(serverSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));        // 进入监听状态    listen(serverSock, 20);        // 接受客户端连接    SOCKADDR cltAddr;    int nSize = sizeof(cltAddr);    char buffer[BUF_SIZE] = {0};        while(1) {        SOCKET clientSock = accept(serverSock, (SOCKADDR*)&cltAddr, &nSize);        int strLen = recv(clientSock, buffer, BUF_SIZE, 0);        printf("Message from client: %s\n", buffer);                // 读取用户输入并发送回复        printf("Input a string: ");        gets_s(buffer, BUF_SIZE);        send(clientSock, buffer, strLen, 0);                // 重置缓冲区        memset(buffer, 0, BUF_SIZE);        closesocket(clientSock);    }        // 关闭套接字    closesocket(serverSock);    WSACleanup();    return 0;}
    
   

客户端代码

#include 
   
    #include 
    
     #pragma comment(lib, "ws2_32.lib")#define BUF_SIZE 100int main() {    // 初始化Winsock    WSADATA wsaData;    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);        // 创建套接字    SOCKADDR_IN sockAddr;    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));    sockAddr.sin_family = PF_INET;    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");    sockAddr.sin_port = htons(9080);        char bufSend[BUF_SIZE] = {0};    char bufRecv[BUF_SIZE] = {0};        while (1) {        // 创建套接字        SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);        connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));                // 获取用户输入并发送        printf("Input a string:");        gets_s(bufSend, sizeof(bufSend));        send(sock, bufSend, BUF_SIZE, 0);                // 接收服务器回复        int recvLen = recv(sock, bufRecv, BUF_SIZE, 0);        printf("Message from server: %s\n", bufRecv);                // 重置缓冲区        memset(bufSend, 0, sizeof(bufSend));        memset(bufRecv, 0, sizeof(bufRecv));        closesocket(sock);    }        WSACleanup();    return 0;}
    
   

Linux示例代码

服务端代码

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #define BUF_SIZE 100int main() { // 创建套接字 int serverSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 绑定套接字 struct sockaddr_in sockAddr; memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr)); sockAddr.sin_family = AF_INET; sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); sockAddr.sin_port = htons(9080); bind(serverSock, (struct sockaddr*)&sockAddr, sizeof(struct sockaddr)); // 进入监听状态 listen(serverSock, 20); struct sockaddr cltAddr; socklen_t nSize = sizeof(cltAddr); char buffer[BUF_SIZE] = {0}; while(1) { int clientSock = accept(serverSock, (struct sockaddr*)&cltAddr, &nSize); int strLen = read(clientSock, buffer, BUF_SIZE); printf("Message from client: %s\n", buffer); // 读取用户输入并发送回复 printf("Input a string: "); fgets(buffer, sizeof(buffer), stdin); write(clientSock, buffer, strLen); // 重置缓冲区 memset(buffer, 0, BUF_SIZE); close(clientSock); } close(serverSock); return 0;}
        
       
      
     
    
   

客户端代码

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      #include 
      
       #include 
       
        #include 
        
         #define BUF_SIZE 100int main() { struct sockaddr_in sockAddr; memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr)); sockAddr.sin_family = AF_INET; sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); sockAddr.sin_port = htons(9080); char bufSend[BUF_SIZE] = {0}; char bufRecv[BUF_SIZE] = {0}; while (1) { // 创建套接字 int sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); connect(sock, (struct sockaddr*)&sockAddr, sizeof(struct sockaddr)); // 获取用户输入并发送 printf("Input a string:"); fgets(bufSend, sizeof(bufSend), stdin); send(sock, bufSend, BUF_SIZE, 0); // 接收服务器回复 int recvLen = recv(sock, bufRecv, BUF_SIZE, 0); printf("Message from server: %s\n", bufRecv); // 重置缓冲区 memset(bufSend, 0, sizeof(bufSend)); memset(bufRecv, 0, sizeof(bufRecv)); close(sock); } return 0;}