socket 编程

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socket 编程

2022-03-27 06:47| 来源: 网络整理| 查看: 265

socket 编程

网络编程就是编写程序使两台联网的计算机相互交换数据。这就是全部内容了吗?是的!网络编程要比想象中的简单许多。

那么,这两台计算机之间用什么传输数据呢?首先需要物理连接。如今大部分计算机都已经连接到互联网,因此不用担心这一点。

在此基础上,只需要考虑如何编写数据传输程序。但实际上这点也不用愁,因为操作系统已经提供了socket。即使对网络数据传输的原理不太熟悉,我们也能通过 socket 来编程。

什么是 socket?

socket 的原意是“插座”,在计算机通信领域,socket 被翻译为“套接字”,它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定,一台计算机可以接收其他计算机的数据,也可以向其他计算机发送数据。

我们把插头插到插座上就能从电网获得电力供应,同样,为了与远程计算机进行数据传输,需要连接到因特网,而 socket 就是用来连接到因特网的工具。

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socket 的典型应用就是 Web 服务器和浏览器:浏览器获取用户输入的 URL,向服务器发起请求,服务器分析接收到的 URL,将对应的网页内容返回给浏览器,浏览器再经过解析和渲染,就将文字、图片、视频等元素呈现给用户。

学习 socket,也就是学习计算机之间如何通信,并编写出实用的程序。

UNIX/Linux 中的 socket 是什么?

在 UNIX/Linux 系统中,为了统一对各种硬件的操作,简化接口,不同的硬件设备也都被看成一个文件。对这些文件的操作,等同于对磁盘上普通文件的操作。

你也许听很多高手说过,UNIX/Linux 中的一切都是文件!那个家伙说的没错。

为了表示和区分已经打开的文件,UNIX/Linux 会给每个文件分配一个 ID,这个 ID 就是一个整数,被称为

文件描述符(File Descriptor)

。例如:

通常用 0 来表示标准输入文件(stdin),它对应的硬件设备就是键盘; 通常用 1 来表示标准输出文件(stdout),它对应的硬件设备就是显示器。

UNIX/Linux 程序在执行任何形式的 I/O 操作时,都是在读取或者写入一个文件描述符。一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数,它的背后可能是一个硬盘上的普通文件、FIFO、管道、终端、键盘、显示器,甚至是一个网络连接。

请注意,网络连接也是一个文件,它也有文件描述符!你必须理解这句话。

我们可以通过 socket() 函数来创建一个网络连接,或者说打开一个网络文件,socket() 的返回值就是文件描述符。有了文件描述符,我们就可以使用普通的文件操作函数来传输数据了,例如:

用 read() 读取从远程计算机传来的数据; 用 write() 向远程计算机写入数据。

你看,只要用 socket() 创建了连接,剩下的就是文件操作了,网络编程原来就是如此简单!

Window 系统中的 socket 是什么?

Windows 也有类似“文件描述符”的概念,但通常被称为“文件句柄”。因此,本教程如果涉及 Windows 平台将使用“句柄”,如果涉及 Linux 平台则使用“描述符”。

与 UNIX/Linux 不同的是,Windows 会区分 socket 和文件,Windows 就把 socket 当做一个网络连接来对待,因此需要调用专门针对 socket 而设计的数据传输函数,针对普通文件的输入输出函数就无效了。

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func htonl

(本地->网络) 转IP

func htons

(本地->网络) 转端口

func ntohl

(网络->本地) 转IP

func ntohs

(网络->本地) 转端口

IP地址转换函数 func inet_pton()

IP地址转换 网络字节序>

int inet_pton(int af,const char *src, void *dst) ;

af:协议类型

AF_INET AF_INET6

src: IP地址

点分十进制

dst: 转换后的网络字节序的 IP地址

返回值:

1:成功 0:src不是有效地址 -1:失败 func inet_ntop()

< 网络字节序 ->本地字节序>

const char *inet_ntop(int af,const void *src,char *dst, socklen_t size);

af:协议类型

AF_INET AF_INET6

src: 网络字节序的IP地址

二进制

dst: 转换后的本地字节序的 IP地址

size:dst的大小

返回值:dst

dst:成功 null:失败 socketaddr数据结构

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。

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和C语言一样,我们从一个简单的“Hello World!”程序切入 Socket 编程。

我找到了 Linux 下的socket代码,server.cpp 是服务器端代码,client.cpp 是客户端代码,要实现的功能是:客户端从服务器读取一个字符串并打印出来。还需要时间去消化一下:

//server.cpp #include #include #include #include #include #include #include int main(){ //创建套接字 int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); //将套接字和IP、端口绑定 struct sockaddr_in serv_addr; memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); //每个字节都用0填充 serv_addr.sin_family = AF_INET; //使用IPv4地址 serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //具体的IP地址 serv_addr.sin_port = htons(1234); //端口 bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); //进入监听状态,等待用户发起请求 listen(serv_sock, 20); //接收客户端请求 struct sockaddr_in clnt_addr; socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr); int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size); //向客户端发送数据 char str[] = "http://c.biancheng.net/socket/"; write(clnt_sock, str, sizeof(str)); //关闭套接字 close(clnt_sock); close(serv_sock); return 0; } socket() 函数创建了一个套接字,参数 AF_INET 表示使用 IPv4 地址,SOCK_STREAM 表示使用面向连接的套接字,IPPROTO_TCP 表示使用 TCP 协议。在 Linux 中,socket 也是一种文件,有文件描述符,可以使用 write() / read() 函数进行 I/O 操作 bind() 函数将套接字 serv_sock 与特定的 IP 地址和端口绑定,IP 地址和端口都保存在 sockaddr_in 结构体中,socket() 函数确定了套接字的各种属性,bind() 函数让套接字与特定的IP地址和端口对应起来,这样客户端才能连接到该套接字 accept() 函数用来接收客户端的请求。程序一旦执行到 accept() 就会被阻塞(暂停运行),直到客户端发起请求。 write() 函数用来向套接字文件中写入数据,也就是向客户端发送数据 socket 在使用完毕后也要用 close() 关闭。 //client.cpp #include #include #include #include #include #include int main(){ //创建套接字 int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //向服务器(特定的IP和端口)发起请求 struct sockaddr_in serv_addr; memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); //每个字节都用0填充 serv_addr.sin_family = AF_INET; //使用IPv4地址 serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //具体的IP地址 serv_addr.sin_port = htons(1234); //端口 connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); //读取服务器传回的数据 char buffer[40]; read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1); printf("Message form server: %s\n", buffer); //关闭套接字 close(sock); return 0; } connect() 向服务器发起请求,服务器的IP地址和端口号保存在 sockaddr_in 结构体中。 直到服务器传回数据后,connect() 才运行结束。 通过 read() 从套接字文件中读取数据。


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