Socket网络编程-基础篇

2023-03-05 09:38:18

Socket网络编程

网络通讯三要素:

IP地址[主机名]
- 网络中设备的标识
- 本地回环地址：127.0.0.1 主机名：localhost
端口号
- 用于标识进程的逻辑地址
- 有效端口：0~65535
- 其中0~1024由系统使用或者保留端口，开发中不要使用1024一下的端口
传输协议[通讯的规则]
- TCP
- UDP

常见网络协议

协议	端口	说明
HTTP	80	超文本传输协议
HTTPS	443	HTTP+SSL，HTTP的安全版
FTP	20,21,990	文件传输
POP3	110	邮件协议
SMTP	25	简单邮件传输协议
telnet	23	远程终端协议

网络参考模型

TCP & UDP

UDP(User Datagram Protocol 用户数据报)

只管发送，不确认对方是否接收到
将数据及源和目的封装成数据包中，不需要建立连接
每个数据报的大小限制在64k之内
因为无需连接，因此是不可靠协议，但是传输速度快

TCP(Transmission Control Protocol 传输控制协议)

需要建立连接，形成传输数据通道
在连接中进行大数据传递（数据大小不受限制）、
通过三次握手完成连接，是可靠协议，安全送达
必须建立连接，所以效率比较低

Socket

百度百科上的解释

Socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为BSD UNIX的进程通信机制，取后一种意思。通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。Socket正如其英文原意那样，像一个多孔插座。一台主机犹如布满各种插座的房间，每个插座有一个编号，有的插座提供220伏交流电，有的提供110伏交流电，有的则提供有线电视节目。客户软件将插头插到不同编号的插座，就可以得到不同的服务。

Socket的作用
Socket就是为网络服务提供的一种机制
- 在Unix中，网络既是Socket，并不局限在TCP/UDP
- Socket可以用于自定义协议
通信的两端都是Socket
网络通信其实就是Socket间的通信
数据在两个Socket间通过IO传输

Socket通讯示意图

Scoket开发

开发前准备-导入头文件
#import <sys/socket.h>

#import <netinet/in.h>

#import <arpa/inet.h>
函数说明

1.scoket函数
***
- 函数原型：
  int socket(int domain, int type, int protocol);
- 参数说明
  - domain: 协议域，又称协议族（family）。常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
  - type:指定Socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式Socket（SOCK_STREAM）是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用。数据报式Socket（SOCK_DGRAM）是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。
  - protocol: 指定协议。常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。
    注意：type和protocol不可以随意组合，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当第三个参数为0时，会自动选择第二个参数类型对应的默认协议。
- 返回值
  - 如果调用成功就返回新创建的套接字的描述符，如果失败就返回INVALID_SOCKET（Linux下失败返回-1）。套接字描述符是一个整数类型的值。
- int clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
  
  2.connect函数
- 函数原型：int PASCAL FAR connect( SOCKET s, const struct sockaddr FAR* name, int namelen);
- 参数说明
  - s：标识一个未连接socket
  - name：指向要连接套接字的sockaddr结构体的指针
    struct sockaddr_in serverAddr;
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(12345);
    serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
  - namelen：sockaddr结构体的字节长度
- 返回值
  - 成功则返回0, 失败返回-1, 错误原因存于errno 中。
- int connResult = connect(clientSocket, (const struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr));
  
  注意：在 C 语言开发中，经常传递一个数据结构的指针同时，需要指定该数据结构的长度
3.send函数
***
- 函数原型：int send(SOCKET s, const char *buf, int len, int flags);
- 参数说明
  - SOCKET s：发送端套接字描述符，客户端的socket
  - const char *buf：应用程序要发送的数据的缓冲区(想要发送的数据)，发送内容地址
  - int len：实际要发送的字节数
  - int flags：发送方式标识，一般置为0即可
- 返回值
  - 如果成功，则返回发送的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR。
- NSString *sendMsg = @"Hello";
  ssize_t sendLen = send(clientSocket, sendMsg.UTF8String, strlen(sendMsg.UTF8String), 0);
  
  同步Socket的send函数的执行流程如下:
  - 调用该函数时，send先比较待发送数据的长度len与套接字s的发送缓冲区的长度(区别于buf),如果len大于s的发送缓冲区的长度，则函数返回SOCKET_ERROR；如果len小于或者等于s发送缓冲区的长度，那么send先检查协议是否正在发送s的发送缓冲区中的数据:
  - a.如果是在发送，就等待协议将数据发送完毕。
  - b.如果没有开始发送s的缓冲区中的数据，那么send就比较s的发送缓冲区的剩余空间和len的大小:
  - 如果len大于发送缓冲区剩余空间大小(不足放入剩余发送缓冲区)，send就一直等待协议把s发送缓冲区中的数据发送完；
  - 如果len小于发送缓冲区剩余空间大小，就仅仅把buf中的数据copy到发送缓冲区的剩余空间里(send函数返回时并不代表send把s的缓冲区的数据(buf)传到连接的另一端，而是协议传输的，send仅仅是把buf中的数据copy到s的发送缓冲区的剩余空间中)。

4.recv函数
***

函数原型：int recv (SOCKET s, char* buf ,int len, int flags);
参数说明
- SOCKET s：发送端套接字描述符，客户端的socket
- const char *buf：应用程序存放接收数据的缓冲区
- int len：buf的实际长度
- int flags：接收方式标识，0表示阻塞，必须等待服务器返回数据一般置为0即可
返回值
- 如果成功，则返回接收到的字节数。
uint8_t buffer[1024]; // 要把空间准备出来
ssize_t recvLen = recv(clientSocket, buffer, sizeof(buffer), 0);

同步Socket的recv函数的执行流程如下:
调用recv函数时，recv先等待s的发送缓冲区中的数据被协议发送完毕:

a.如果协议在传送s的发送缓冲区中的数据时出现网络错误，那么recv函数返回SOCKET_ERROR；

b.如果s的发送缓冲区中的数据被协议成功发送完毕或者没有数据时，recv先检查套接字s的接收缓冲区的情况:

如果s接收缓冲区中没有数据或者协议正在接收数据，那么recv就一直等待，直到协议把数据接收完毕。当协议把数据接收完毕，recv函数就把s的接收缓冲区中的数据copy到buf中(注意协议接收到的数据可能大于buf的长度,所以在这种情况下要调用几次recv函数才能把s的接收缓冲中的数据copy完。recv函数仅仅是copy数据，真正接收数据是协议来完成的)，recv函数返回其实际copy的字节数。
如果recv在copy时出错，那么它返回SOCKET_ERROR；如果recv函数在等待协议接收数据时网络中断了，那么它返回0。

5.close函数
***

函数原型：int close(SOCKET s)
参数说明
- SOCKET s：发送端套接字描述符，客户端的socket
返回值
- ？？？
close(clientSocket);

相关名词解释：
- 长连接：连上就一直聊！通常用于 QQ，即时通讯，效率高！
- 短连接：通讯一次，马上断开，下一次再次建立连接，效率低！

Socket开发——Netcat

$ nc -lk 12345

Netcat：是终端下用于调试和检查网络的工具包，可用于创建 TCP/IP 连接。

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