Socket编程实践(2) Socket API 与 简单例程

在本篇文章中，先介绍一下Socket编程的一些API，然后利用这些API实现一个客户端-服务器模型的一个简单通信例程。该例子中，服务器接收到客户端的信息后，将信息重新发送给客户端。

socket()函数

socket()函数用于创建一个套接字。这就好像购买了一个电话。不过该电话还没有分配号码。

 #include <sys/types.h>         
 #include <sys/socket.h>
 int socket(int domain, int type, int protocol)

参数说明：

• domain:指定通信的协议族，这些协议族定义在头文件< sys/socket.h >中。使用IPV4协议族时，该参数设置为AF_INET。

• type :指定socket的类型。在上一篇文章中介绍过，套接字常用的有三种类型：流式套接字SOCK_STREAM,数据报套接字SOCK_DGRAM,原始套接字SOCK_RAW。

• protocol : 该参数指定了一种协议类型用于所选择的套接字。如果仅有一种协议支持某种套接字类型，那么该参数可以定义为0，此时使用默认协议；如果一种套接字类型可能有多种协议类型，那么必须显式指定协议类型。关于具体细节，可以man socket进行查阅。

socket()的返回值：成功时返回非负整数；失败时返回-1；

bind() 函数

bind()函数绑定一个本地地址到套接字上，这相当于为电话绑定了号码。当一个套接字通过socket()被创建，它并没有绑定到具体的地址上，bind()来完成这个步骤。 bind()函数的函数原型如下：

 #include <sys/types.h>    
 #include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
        socklen_t addrlen);

参数说明：

• sockfd:socket()函数创建后成功返回的套接字

• addr : 需要绑定的地址

• addrlen：套接字的大小

这里需要使用到sockaddr_in结构来表示一个地址，该结构如下:

struct sockaddr_in
{
sa_family_t  sin_family;
in_port_t    sin_port;
struct in_addr sin_addr;
};
struct in_addr
{
uint32_t s_addr;
}

sockaddr_in需要强制转换为struct sockaddr*类型，传递给bind()函数的第二个参数。下面是一段例程：

int main()
{
int listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(listenfd == -1)
err_exit("socket error");
struct sockaddr_in addr;
//填充结构
addr.sin_family  = AF_INET;
addr.sin_port= htons(8001); //主机字节序转换为网络字节序
addr.sin_addr= htonl(INADDR_ANY);//绑定主机的任一个IP地址
/*下面两句具有相同的功能：都是绑定到本机ip地址*/
//inet_aton("127.0.0.1",&addr.sin_addr);
//addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
if(bind(listenfd,(const struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))==-1)
err_exit("bind error");
}

listen()函数

当使用socket()创建了一个套接字时，该套接字默认是主动套接字。使用listen()函数会使套接字称为一个被动套接字，也就是说，该套接字将被用来接受连接的数据，这些数据通过accept()函数接收。

listen()函数的函数原型如下：

 #include <sys/types.h>         
 #include <sys/socket.h>
 int listen(int sockfd, int backlog);

参数说明：

• sockfd : 套接字。

• backlog: 指定连接队列的长度。

对于给定的监听套接字，内核需要维护两个队列：

1. 已完成连接队列：该队列中的连接处于ESTABLISHED状态，也即是已经完成了三次握手过程。

2. 未完成连接队列：该队列中的连接处于SYN_RCVD状态，还未建立连接。

两个队列的长度之和不能够超过backlogi。如果一个连接请求到达时未完成队列已满，客户端可能接收到一个错误指示ECONNREFUSED。服务器使用accept()函数从已完成连接队列的队头返回一个连接。下面是TCP为监听套接口维护的两个队列：

accept()函数

accept()函数用于从已完成队列的队头返回一个连接。它的函数原型为：

#include <sys/types.h>          
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

参数说明：

• sockfd : 服务器套接字

• addr ：用于接收对等方（客户端）的套接字地址。该参数填充为NULL时，不接收任何信息。

• addrlen:返回对等方的套接字地址长度。如果不关心可以设置为NULL，否则一定要初始化。

函数返回值：成功返回一个非负整数，代表一个套接字；失败返回-1；

connect()函数

该函数用于建立一个连接到指定的套接字。函数的原型为：

#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
                   socklen_t addrlen);

参数说明：

• sockfd : 未连接的套接字

• addr:未连接的套接字地址

• addrlen：addr的长度

一个简单的socket 通信例程

客户端代码:

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<string.h>
#define ERR_EXIT(m)\
        do \
        {\
                perror(m);\
                exit(EXIT_FAILURE);\
        }while(0)
int main()
{
        /*创建一个套接字*/
        int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
        if(sock == -1)
              ERR_EXIT("socket");
        /*定义一个地址结构*/
        struct sockaddr_in servaddr;
        memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
        servaddr.sin_family = AF_INET;
        servaddr.sin_port = htons(5888);
        servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
        /*进行连接*/
        if(connect(sock,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0)
        {
                ERR_EXIT("connect");
        }
        else
        {
                printf("连接成功\n");
        }
        char sendbuf[1024]={0};
        char recvbuf[1024]={0};
        /*从标准输入中读入*/
        while(fgets(sendbuf,sizeof(sendbuf),stdin)!=NULL)
        {
                write(sock ,sendbuf,strlen(sendbuf));
                if(read (sock,recvbuf,sizeof(recvbuf))>0)
                {
                        printf("从服务器接收信息:\n");
                        fputs(recvbuf,stdout);
                }
                memset(&sendbuf,0,sizeof(sendbuf));
                memset(&recvbuf,0,sizeof(recvbuf));
        }
        close(sock);
        return 0;
    } 

服务器端代码：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include<string.h>
#define ERR_EXIT(m)\
        do \
        {\
                perror(m);\
                exit(EXIT_FAILURE);\
        }while(0)
int main()
{
        /* 创建一个套接字*/
        int listenfd= socket(AF_INET ,SOCK_STREAM,0);
        if(listenfd==-1)
                ERR_EXIT("socket");
        /*定义一个地址结构并填充*/
        struct sockaddr_in addr;
        addr.sin_family = AF_INET;   //协议族为ipv4
        addr.sin_port = htons(5888); //绑定端口号
        addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//主机字节序转为网络字节序
        /*将套接字绑定到地址上*/
        if(bind(listenfd,(const struct sockaddr *)&addr ,sizeof(addr))==-1)
        {
                ERR_EXIT("bind");
        }
        /*监听套接字，成为被动套接字*/
        if(listen(listenfd,SOMAXCONN)<0)
        {
                ERR_EXIT("Listen");
        }
        struct sockaddr_in peeraddr;
        socklen_t peerlen = sizeof(peeraddr);
        /*定义一个套接字，通常称为已连接套接字*/
        int conn ;
        conn = accept(listenfd,(struct sockaddr*)&peeraddr,&peerlen);
        if(conn <0)
            ERR_EXIT("accept error");
        else
            printf("连接到服务器的客户端的IP地址是：%s,端口号是：%d\n",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),htons(peeraddr.sin_port));
        /*循环获取数据、发送数据*/
        char recvbuf[1024];
        while(1)
        {
                memset(recvbuf,0,sizeof(recvbuf));
                int ret = read(conn,recvbuf ,sizeof(recvbuf));
                fputs(recvbuf,stdout);
                write(conn,recvbuf,sizeof(recvbuf));
        }
        /*关闭套接字*/
        close(listenfd);
        close(conn);
        return 0;
}