socket编程

socket编程
2009年10月21日
　　
在OSI的各层所使用的协议：
　　1.应用层：telnet,FTP,HTTP,DNS,SMTP,POP3
　　2.传输层：TCP,UDP
　　TCP:面向连接的可靠的传输协议，通信前建立三次握手，握手成功后才能通信，对数据准确性要求较高的场合使用，如从网上载的安装文件，不能缺少任何信息
　　UDP:是无连接的，不可靠的传输协议，不需要建立连接，也没有重传和确认的机制，在实时性要求较高，但对数据准确度要求不是很高的场合使用，如视频会议，在线观看电影，当中丢失个别数据包并不影响整体的效果。
　　3.网络层：IP
　　因为OSI七层结构较为复杂，所以使用较多的是TCP/IP模型，现在TCP/IP已经成为Internet上通用的工业标准
　　TCP/IP模型包括4个层次：应用层，传输层，网络层，网络接口
　　端口：
　　1.      为了标识通信实体中进行通信的进程（应用程序），TCP/IP协议提出了协议端口的概念
　　2.      端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序通过系统调用和某端口建立连接（binding）后，传输层传给该端口的数据都被相应的进程所接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出
　　3.      端口用一个整数型标识符来表示，即端口号。端口号跟协议相关，TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立
　　4.      端口使用一个16位的数字来表示，它的范围是0~65535，1024以下的端口号保留给预定义的服务，例如，http使用80端口
　　套接字（Socket）
　　1.      Socket的出现，使得程序员可以很方便的访问TCP/IP，从而开发各种网络应用的程序
　　2.      套接字存在于通信区域中，通信区域也叫地址族，他是一个抽象的概念，主要用于通过套接字通信的进程的共有特性综合在一起。套接字通常只与同一个区域的套接字交换数据。
　　套接字的类型
　　1.      流式套接字（SOCK_STREAM）
　　提供面向连接的，可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送，且按发送的顺序接收，基于TCP协议
　　2.      数据保式套接字(SOCK_DGRAM)
　　提供无连接的服务，数据包以独立包形式发送，不提供无错误的保证，数据可能丢失或重复，且接收顺序混乱，基于UDP协议
　　基于TCP（面向连接）的Socket编程
　　服务器端顺序：
　　1.      加载套接字库
　　2.      创建套接字（socket）
　　3.      将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）
　　4.      将套接字设为监听模式，准备接收客户请求（listen）
　　5.      等待客户请求的到来；当请求带来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字（accept）
　　6.      用返回的套接字和客户端进行通信（send/recv）
　　7.      返回，等待另一个客户请求
　　8.      关闭套接字(closesocket)
　　客户端程序：
　　1.      加载套接字库
　　2.      创建套接字(socket)
　　3.      向服务器发送连接请求（connect）
　　4.      和服务器端进行通信(send/receive)
　　5.      关闭套接字(closesocket)
　　基于UDP（面向无连接）的socket编程
　　服务器端（接收端）程序：
　　1.      加载套接字库
　　2.      创建套接字（socket）
　　3.      将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）
　　4.      等待接收数据（recvfrom）
　　5.      关闭套接字(closesocket)
　　客户端（发送端）程序
　　1.      加载套接字库
　　2.      创建套接字（socket）
　　3.      向服务器发送数据（sendto）
　　4.      关闭套接字(closesocket)
　　创建基于TCP协议的CS程序的Server端所涉及的相关函数说明（按使用的先后顺序排列）：
　　1.     int WSAStartup（WORD wVersionRequested,LPWSADATA lpWSAData）:作用是加载套接字库和进行套接字库的版本协商
　　a. 参数wVersionRequested：用于指定准备加载的Winsock库的版本，高位字节指定所需要的Winsock库的副版本，低位字节则是主版本，可用MAKEWORD(X,Y)(其中，x为高位字节，y为低位字节)方便获得wVersionRequested的正确值。
　　b. 参数lpWSAData：指向WSADATA结构的指针，WSAStartup用其加载的库版本有关的信息填在这个结构中
　　2.     SOCKET socket(int af,int type,int protocol):
　　a.      参数af指定地址族，对于TCP/IP协议的套接字，它只能是AF_INET(也可写成PF_INET)。
　　b.      参数type指定Socket类型，对于1.1版本的Socket，它只支持两种类型的套接字，SOCK_STREAM指定产生流式套接字，SOCK_DGRAM产生数据报套接字。
　　c.      参数protocol与特定的地址家族相关的协议，如果指定为0，那么他就会根据地址格式和套接字类别，自动为你选择一个合适的协议。这是推荐使用的一种选择协议的方式。
　　3.     int bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR *name,int namelen) :
　　a.      第一个参数指定要绑定的套接字，第二个参数指定该套接字的本地地址信息，是指向sockaddr结构的指针变量，由于该地址结构是为了所有的地址家族准备使用的，这个结构可能（通常会）随使用的网络协议不同而不同，所以，要用第三个参数指定该地址结构的长度。sockaddr机构定义如下：
　　struct sockaddr
　　{
　　u_short sa_family;
　　char sa_data[14];
　　}
　　b.      上述结构第一个字段指定该地址家族，在这里必须设为AF_INET。sa_data仅仅是表示要求一块内存分配区，起到占位的作用，该区域中指定与协议相关的具体地址信息。由于实际要求的只是内存区，所以对于不同的协议家族，用不同的结构来替换sockaddr。在TCP/IP中，我们可以用SOCKADDR_IN结构来代替sockaddr，以方便我们填写地址信息。
　　c.      struct SOCKADDR_IN{
　　short  sin_family;
　　unsigned short  sin_port;
　　struct  in_addr  sin_addr;
　　char  sin_zero[8];
　　};
　　sin_family表示地址族，对于IP地址，sin_family成员将一直是AF_INET；成员sin_port指定的将要分配给套接字的端口；成员sin_addr给出的是套接字的主机IP地址；sin_zero只是一个填充数，以使sockaddr_in结构和sockaddr结构的长度一样，一般不用设置。
　　除了sin_family外，SOCKADDR_IN其他成员是按网络字节顺序表示的。所以需要进行转换：htonl(INADDR_ANY)，htons(6000)，其中6000是端口号。
　　另外结构体的名称大写和小写指的是同一个。
　　将IP地址指定为INADDR_ANY，允许套接字向任何分配给本机器的IP地址发送或接收数据。一般一台机器一个网卡，但对于多网卡的机器，INADDR_ANY将简化应用程序的编写。将地址指定为INADDR_ANY，允许一个独立的应用接受发自多个接口的回应。如果我们只想让套接字使用多个IP中的一个地址，必须指定实际地址，要做到这一点，可以用inet_addr()函数，这个函数需要一个IP地址（如192.168.80.88），返回一个适合分配给S_addr的u_long类型的数值。Inet_ntoa()函数完成相反的转换，它接受一个in_addr结构体类型的参数并返回一个以点分十进制的IP地址字符串。
　　htonl把一个u_long类型从主机字节序转换为网络字节序。
　　htons把一个u_short类型从主机字节序转换为网络字节序。
　　4.     int listen(SOCKET s, int backlog):将套接字设置为监听模式，其中第二个参数设置等待请求连接的最大的值，即如果设置为n，则前n个请求会放置在系统的请求连接队列中，应用程序会依次对这些请求进行服务，但第n+1个连接请求则会被拒绝。
　　5.     SOCKET accept(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * addr, int FAR* addrlen):
　　从客户端接收请求，并创建连接，如果连接成功，则会返回一个当前成功建立连接的套接字，该套接字不是上面创建的监听套接字，而是仅仅适用于当前的一个请求连接，如果建立连接失败，则返回值是INVALID_SOCKET，并且可以适用WSAGetLastError()函数得到相关的失败信息，具体的error code具体意义见MSDN中accept函数的最后部分的介绍
　　6.     send 函数：向客户端发送指定信息
　　7.     recv函数：得到从客户端传递过来的信息
　　8.     closesocket(SOCKET s):将指定的套接字关闭，从而释放资源
　　9.     WSACleanup()：终止对winsocket库的使用
　　10. hello
　　服务器端的实现过程（Win32控制台程序）：
　　说明：
　　1.      对于winsock库的类的使用，必须包含winsock2.h头文件
　　2.      在setting中的link下的object/library modules中添加“ws2_32.lib”，注意和前面的字段之间用空格分隔
　　3.      本服务器程序先于服务器端启动
　　#include "winsock2.h"
　　#include "stdio.h"
　　void main()
　　{
　　//加载套接字（winsock）库，加载这段代码拷贝于MSDN中WSAStartup的介绍
　　WORD wVersionRequested;
　　WSADATA wsaData;
　　int err;
　　wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); //版本号为1.1
　　err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
　　if ( err != 0 ) {                              
　　return;
　　}                                    
　　if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
　　HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
　　WSACleanup( );
　　return;
　　}
　　//创建套接字
　　SOCKET sockServer=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //SOCK_STREAM参数设置为TCP连接
　　SOCKADDR_IN addrServer; //设置服务器端套接字的相关属性
　　addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY); //设置IP
　　addrServer.sin_family=AF_INET;
　　addrServer.sin_port=htons(1234); //设置端口号
　　//将套接字绑定到本地地址和指定端口上
　　bind(sockServer,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
　　//将套接字设置为监听模式，并将最大请求连接数设置成5，超过此数的请求全部作废
　　listen(sockServer,5);
　　SOCKADDR_IN addrClient; //用来接收客户端的设置，包括IP和端口
　　int len=sizeof(SOCKADDR);
　　while(1) //不断监听
　　{
　　//得到创建连接后的一个新的套接字，用来和客户端进行沟通，原套接字继续监听客户的连接请求
　　SOCKET sockConn=accept(sockServer,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
　　if(sockConn!=INVALID_SOCKET) //创建成功
　　{
　　char sendInfo[100];
　　//inet_ntoa将结构转换为十进制的IP地址字符串
　　sprintf(sendInfo,"welcome %s to this test!",inet_ntoa(addClient.sin_addr));
　　//成功建立连接后向客户端发送数据，结果将显示在客户端上
　　send(sockConn,sendInfo,strlen(sendInfo)+1,0);
　　//从客户端接收数据，结果显示在服务器上
　　char recvInfo[100];
　　recv(sockConn,recvInfo,100,0);
　　printf("%s\n",recvInfo);
　　//将本次建立连接中得到套接字关闭
　　closesocket(sockConn);
　　}
　　else
　　{
　　int errCode=WSAGetLastError();
　　printf("the errcode is:%d\n",errCode);
　　}
　　}
　　//如果本程序不是死循环，那么在此处还应添加以下代码：
　　closesocket(sockServer);  //对一直处于监听状态的套接字进行关闭
　　WSACleanup(); //终止对winsocket库的使用
　　}
　　创建基于TCP协议的CS程序的Client端所涉及的相关函数说明（按使用的先后顺序排列）：
　　1.      int WSAStartup（WORD wVersionRequested,LPWSADATA lpWSAData）：说明同上
　　2.      SOCKET socket(int af,int type,int protocol):说明同上
　　3.      connect函数：同服务器建立连接
　　4.      send/recv:发送与接收，同上
　　5.      closesocket：关闭套接字，同上
　　客户端的实现过程（win32 console程序）：
　　说明：
　　1.      对于winsock库的类的使用，必须包含winsock2.h头文件
　　2.      在setting中的link下的object/library modules中添加“ws2_32.lib”，注意和前面的字段之间用空格分隔
　　3.      启动客户端程序之前必须先启动服务器端的程序
　　#include "winsock2.h"
　　#include "stdio.h"
　　void main()
　　{
　　//加载套接字库
　　WORD wVersionRequested;
　　WSADATA wsaData;
　　int err;
　　wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); //版本好为1.1
　　err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
　　if ( err != 0 ) {                              
　　return;
　　}                                    
　　if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
　　HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
　　WSACleanup( );
　　return;
　　}
　　SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //SOCK_STREAM参数设置为TCP连接
　　SOCKADDR_IN addrServer; //服务器地址结构
　　addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1"); //服务器地址
　　addrServer.sin_port=htons(1234); //服务器端口号
　　addrServer.sin_family=AF_INET;
　　//与服务器端建立连接，进行通信
　　int connReult=connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
　　if(connReult!=WSAEADDRNOTAVAIL) //访问成功
　　{
　　//成功建立连接后向服务器端发送数据，结果将显示在服务器端上
　　send(sockClient,"this is lisi!",strlen("this is zhangsan!")+1,0);
　　//接收来自服务器端发送来的信息
　　char recvInfo[100];
　　recv(sockClient,recvInfo,100,0);
　　printf("%s\n",recvInfo);
　　}
　　else
　　{
　　int errCode=WSAGetLastError();
　　printf("the errcode is:%d\n",errCode);
　　}
　　closesocket(sockClient);
　　WSACleanup();
　　}
　　创建基于UPD的CS程序服务器端源代码：
　　说明:服务器端的代码在XP下运行recvfrom函数执行不成功，返回一个10022的错误代码，参看网上资源，得知10022代表某个参数设置错误。
　　花了大半天的时间研究后终于发现原来是6000端口在作怪，可能本机的UDP的6000端口在防火墙中被屏蔽了，通不过，但在TCP的CS程序中6000端口是通过的，程序调试一切正常，将端口修改为其他端口即可
　　#include "winsock2.h"
　　#include "stdio.h"
　　void main()
　　{
　　//加载套接字（winsock）库，加载这段代码拷贝于MSDN中WSAStartup的介绍
　　WORD wVersionRequested;
　　WSADATA wsaData;
　　int err;
　　wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); //版本号为1.1
　　err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
　　if ( err != 0 ) {                              
　　return;
　　}                                    
　　if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
　　HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
　　WSACleanup( );
　　return;
　　}
　　//创建套接字
　　//注意第二个参数和TCP设置不同
　　SOCKET sockServer=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
　　SOCKADDR_IN addrServer; //设置服务器端套接字的地址结构的相关属性
　　addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY); //设置IP
　　addrServer.sin_family=AF_INET;
　　addrServer.sin_port=htons(6000); //设置端口号
　　//将套接字和服务器地址结构绑定
　　bind(sockServer,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
　　SOCKADDR_IN addrClient;
　　int len=sizeof(SOCKADDR);
　　char buffer[100];
　　//从客户端接收数据
　　int result=recvfrom(sockServer,buffer,100,0,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
　　if(result==SOCKET_ERROR)
　　{
　　int errCode=WSAGetLastError();
　　printf("error:%d",errCode);
　　}
　　else
　　{
　　printf("this message from client:%s\n",buffer);
　　}
　　closesocket(sockServer);
　　WSACleanup(); 
　　}
　　创建基于UDP的CS程序客户端的代码：
　　#include "winsock2.h"
　　#include "stdio.h"
　　void main()
　　{
　　//加载套接字（winsock）库，加载这段代码拷贝于MSDN中WSAStartup的介绍
　　WORD wVersionRequested;
　　WSADATA wsaData;
　　int err;
　　wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); //版本号为1.1
　　err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
　　if ( err != 0 ) {                              
　　return;
　　}                                    
　　if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
　　HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
　　WSACleanup( );
　　return;
　　}
　　//创建套接字
　　SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); //注意第二个参数和TCP设置不同
　　SOCKADDR_IN addrServer; //服务器地址结构
　　addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1"); //服务器地址
　　addrServer.sin_family=AF_INET;
　　addrServer.sin_port=htons(6000); //服务器端口号
　　sendto(sockClient,"this message from client",strlen("this message from client")+1,0,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
　　closesocket(sockClient);
　　WSACleanup();
　　}
　　基于UDP的聊天程序服务器端源程序：
　　说明：
　　1.      代码基本和上述UDP服务器端的程序相类似，只是多了sendto功能，即交互的功能
　　2.      支持退出请求响应
　　#include "winsock2.h"
　　#include "stdio.h"
　　void main()
　　{
　　//加载套接字（winsock）库，加载这段代码拷贝于MSDN中WSAStartup的介绍
　　WORD wVersionRequested;
　　WSADATA wsaData;
　　int err;
　　wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); //版本号为1.1
　　err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
　　if ( err != 0 ) {                              
　　return;
　　}                                    
　　if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
　　HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
　　WSACleanup( );
　　return;
　　}
　　//创建套接字
　　//注意第二个参数和TCP设置不同
　　SOCKET sockServer=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
　　SOCKADDR_IN addrServer; //设置服务器端套接字的地址结构的相关属性
　　addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY); //设置IP
　　addrServer.sin_family=AF_INET;
　　addrServer.sin_port=htons(6000); //设置端口号
　　//将套接字和服务器地址结构绑定
　　bind(sockServer,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
　　SOCKADDR_IN addrClient;
　　int len=sizeof(SOCKADDR);
　　char recvBuf[100];
　　char tempBuf[100];
　　char sendBuf[100];
　　while(1)
　　{
　　//从客户端接收数据
　　int result=recvfrom(sockServer,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
　　if(result==SOCKET_ERROR)
　　{
　　int errCode=WSAGetLastError();
　　printf("error:%d",errCode);
　　break; //退出循环
　　}
　　else
　　{
　　if(recvBuf[0]=='q') //对方请求退出
　　{
　　//同样将退出请求发送回去
　　sendto(sockServer,"q",strlen("q")+1,0,(SOCKADDR*)& addrClient,sizeof(SOCKADDR));
　　printf("the chat end!");
　　break;
　　}
　　else
　　{
　　//将对方发送过来的信息前段加上IP地址进行输出
　　sprintf(tempBuf,"%s said:%s",inet_ntoa(addrClient.sin_addr),recvBuf);
　　printf("%s\n",tempBuf);
　　//将用户的键盘输入发送到对方
　　printf("pleas input the message:\n");
　　gets(sendBuf); //得到键盘输入内容 sendto(sockServer,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,(SOCKADDR*)& addrClient,sizeof(SOCKADDR));
　　}
　　}
　　}
　　closesocket(sockServer);
　　WSACleanup(); 
　　}
　　基于UDP的聊天程序客户端端源程序：
　　#include "winsock2.h"
　　#include "stdio.h"
　　void main()
　　{
　　//加载套接字（winsock）库，加载这段代码拷贝于MSDN中WSAStartup的介绍
　　WORD wVersionRequested;
　　WSADATA wsaData;
　　int err;
　　wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); //版本号为1.1
　　err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
　　if ( err != 0 ) {                              
　　return;
　　}                                    
　　if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ||
　　HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
　　WSACleanup( );
　　return;
　　}
　　//创建套接字
　　SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); //注意第二个参数和TCP设置不同
　　SOCKADDR_IN addrServer; //服务器地址结构
　　addrServer.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1"); //服务器地址
　　addrServer.sin_family=AF_INET;
　　addrServer.sin_port=htons(6000); //服务器端口号
　　char tempBuf[100];
　　char recvBuf[100];
　　char sendBuf[100];
　　int len=sizeof(SOCKADDR);
　　while(1)
　　{
　　printf("plese input the message:\n");
　　gets(sendBuf); //得到用户的键盘输入
　　sendto(sockClient,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
　　int result=recvfrom(sockClient,recvBuf,100,0,(SOCKADDR*)&addrServer,&len);
　　if(result==SOCKET_ERROR)
　　{
　　int errCode=WSAGetLastError();
　　printf("error:%d",errCode);
　　break; //退出循环
　　}
　　else
　　{
　　if(recvBuf[0]=='q') //对方请求退出
　　{
　　//同样将退出请求发送回去
　　sendto(sockClient,"q",strlen("q")+1,0,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
　　printf("the chat end!");
　　break;
　　}
　　else
　　{
　　//将对方发送过来的信息前段加上IP地址进行输出
　　sprintf(tempBuf,"%s said:%s",inet_ntoa(addrServer.sin_addr),recvBuf);
　　printf("%s\n",tempBuf);
　　}
　　}
　　}
　　closesocket(sockClient);
　　WSACleanup();
　　}
　　几点心得：
　　1.      sendto和recvfrom函数中第四个类型为struct sockaddr FAR*的参数一般采用SOCKADDR_IN结构类型，且都是对方的SOCKADDR_IN数据：
　　如在服务器端，因为定义了自身的SOCKADDR_IN addrServer，其中的结构参数进行了具体设置，其中IP地址一项是设置为自动选择自己的网卡，且将套接字和该结构体进行了绑定，然后申明了一个空的SOCKADDR_IN addClient，即对其中的结构参数不做任何的初始化，但没有关系，recvfrom方法调用在前，能得到客户端的详细信息（这有点坐享其成的感觉，服务器端就是等着先由客户端发送消息过来），将addClient填充满，然后调用sendto方法时，该结构体已经具有是客户端的信息了，所以sendto的时候是正确的。服务器端接收和发送调用的地址结构参数都是客户端的。
　　在客户端，定义了服务器端的地址结构，其中IP地址一项，填写的就是具体的目标服务器地址，发送和接收都是有针对性的，sendto在前先发送消息到服务器，地址参数是服务器端的，然后revefrom接收消息，地址参数也是服务器的。客户端接收和发送调用的地址结构参数都是服务器端的。
　　2.      本例子中的聊天室程序有一个缺陷，就是必须服务端先启，然后客户端启动，并且得先由客户端发送消息过来后，服务器端才能知道到底是谁发送消息来了，然后将有关信息按先前发送过来的相关地址信息发送回去。对于客户端，因为已经在地址结构中设置了服务器的IP地址，所以发送是有目的性的。综上就是先有客户端发送消息，再服务器端发送消息，然就是交替进行了。
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