Socket Programming

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什么是 socket 编程?

Socket programming is a way of connecting two nodes on a network to communicate with each other. One socket(node) listens on a particular port at an IP, while other socket reaches out to the other to form a connection. Server forms the listener socket while client reaches out to the server.

服务端

示例代码

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// Server side C/C++ program to demonstrate Socket programming 
#include <unistd.h>
#include <stdio.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <netinet/in.h> 
#include <string.h> 
#define PORT 8080 
int main(int argc, char const *argv[]) 
{ 
	int server_fd, new_socket, valread; 
	struct sockaddr_in address; 
	int opt = 1; 
	int addrlen = sizeof(address); 
	char buffer[1024] = {0}; 
	char *hello = "Hello from server"; 
	
	// Creating socket file descriptor 
	if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0)
	{ 
		perror("socket failed"); 
		exit(EXIT_FAILURE); 
	} 
	
	// Forcefully attaching socket to the port 8080 
	if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) 
	{ 
		perror("setsockopt"); 
		exit(EXIT_FAILURE); 
	} 
	address.sin_family = AF_INET; 
	address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; 
	address.sin_port = htons( PORT ); 
	
	// Forcefully attaching socket to the port 8080 
	if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0)
	{ 
		perror("bind failed"); 
		exit(EXIT_FAILURE); 
	} 
	if (listen(server_fd, 3) < 0) 
	{ 
		perror("listen"); 
		exit(EXIT_FAILURE); 
	}
	if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen))<0) 
	{ 
		perror("accept"); 
		exit(EXIT_FAILURE); 
	} 
	valread = read( new_socket , buffer, 1024); 
	printf("%s\n",buffer ); 
	send(new_socket , hello , strlen(hello) , 0 ); 
	printf("Hello message sent\n"); 
	return 0; 
}

接口的创建

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int socketfd = socket(domain, type, protocol);
  • sockfd: socket 描述符,一个整数。

  • domain: 整数,网络层区域。比如:

    • AF_INET (IPv4 协议)
    • AF_INET6 (IPv6 协议)
  • type: 交流方式,传输层协议。

    • SOCK_STREAM: TCP(可信,建立连接)
    • SOCK_DGRAM: UDP(不可信,不建立连接)
  • protocol: 网络层协议的值(IP),该值通常设置为 0,意味我们使用默认的协议。

绑定

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int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

创建接口之后,上面的 bind 函数会将 sockfd 这个接口绑定到 addr 这个自定义数据结构对象中指定的地址和端口。

在上面的示例代码中我们使用 INADDR_ANY 来指定 IP 地址,因为我们将服务绑定到了本地的端口。

监听

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int listen(int sockfd, int backlog);

该语句令服务器接口处于被动接收消息的模式,也就是说,它开始等待客户端向服务器建立连接。

backlog 定义了 socket 在连接时,连接等待队列中可以增长到的最大长度。如果有客户端在最大长度时连接到服务器时,客户端会收到一个 ECONNREFUSED 的错误信息。

接收

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int new_socket= accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

它将 sockfd 等待队列中最靠前的连接请求解压出来,创建一个新的 socket 连接,返回一个新的描述符。

到此为止,服务器和和客户端已经建立了连接,可以传送数据。

客户端

示例代码

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// Client side C/C++ program to demonstrate Socket programming 
#include <stdio.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <netinet/in.h> 
#include <string.h> 
#define PORT 8080 

int main(int argc, char const *argv[]) 
{ 
	struct sockaddr_in address; 
	int sock = 0, valread; 
	struct sockaddr_in serv_addr; 
	char *hello = "Hello from client"; 
	char buffer[1024] = {0};
	if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) 
	{ 
		printf("\n Socket creation error \n"); 
		return -1; 
	} 

	memset(&serv_addr, '0', sizeof(serv_addr)); 

	serv_addr.sin_family = AF_INET; 
	serv_addr.sin_port = htons(PORT); 
	
	// Convert IPv4 and IPv6 addresses from text to binary form 
	if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr)<=0) 
	{ 
		printf("\nInvalid address/ Address not supported \n"); 
		return -1; 
	} 

	if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) 
	{ 
		printf("\nConnection Failed \n"); 
		return -1; 
	} 
	send(sock , hello , strlen(hello) , 0 ); 
	printf("Hello message sent\n"); 
	valread = read( sock , buffer, 1024); 
	printf("%s\n",buffer );
	return 0; 
} 

接口的创建

与服务器端接口的创建过程相同。

连接的建立

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int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

connect 这个系统函数调用,将描述符 sockfd 与由 addr 参数确定的地址和端口连接起来。

总结

TCP-IP 协议下流程大致如下:

../TCP_IP_socket_diagram.png