Socket了解

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2023-06-24 2024-06-28 约 1740 字预计阅读 4 分钟

Socket的流程和函数

Socket套接字

windows
- socket
linux
- file descriptor -> fd
监听socket
- 由服务器端创建
- 绑定(bind)IP address 和端口port
- 调用了listen监听的

easy function list

name	description
socket	create a socket by type
bind	将socket绑定到一个IP与端口的二元组上 (通常是sockaddr类型数组)
listen	让socket变为监听状态
connect	try to build a TCP connect(use in Client usaully)
accept	尝试接受一个连接(use in Server)
send	通过一个socket发送数据
recv	通过一个socket接收数据
select	判断一组socket上的读写事件/异常事件
gethostbyname	通过域名获取机器地址
close	关闭一个socket,并回收对应的资源 windows : closesocket
shutdown	关闭socket收发通道
setsockopt	set a option of socket
getsockopt	get a option of socket

TCP通信流程

服务器Server
1. 调用soket函数创建socket(listened)
2. 调用bind将socket绑定到一个IP与端口的二元组上
3. 调用listen开启监听
4. 当有客户端请求连接,调用accept接收连接,产生一个new socket(Client)
5. 通过新产生的client socket,调用send/recv与客户端交流数据
6. 结束通信,调用close关闭监听soket(client’s socket also close)
客户端Client
1. 调用socket创建Client’s socket
2. 调用connect尝试连接服务器
3. 连接成功后调用send/recv与服务器交流数据
4. 结束通信,调用close关闭socket

跨平台Socket

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#ifdef WIN32
typedef SOCKET SOCKET_TYPE;
#else
typedef int SOCKET_TYPE;
#endif

socket调用失败返回-1(Windows定义)

linux没有这个宏,但可以定义一个

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#define INVALID_HANDLE_VALUE (-1)

#ifnedf WIN43
#define SOCKET_ERROR (-1)
#endif

在linux上可以直接使用socket函数
而windows上必须先调用 WSAStartup 函数将socket将dll文件加载到进程地址空间中程序退出时用 WSACLeanup卸载相关dll文件.
- ⚠️dll文件是进程相关的,每个线程共享此资源,某个线程调用后,所有线程都可以继续使用.

关闭socket函数

windows上不按标准

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#ifdef WIN32
#define closesocket(s) close(s)
#endif

select函数在windows下第一个参数是不使用的,可随意设置

bind函数

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struct sockaddr_in bindaddr; // socket 地址

bindaddr.sin_family = AF_INET; // 地址族
    /*
        常见的地址族有:
    - AF_INET: IPv4地址族,用于Internet协议第4版
    - AF_INET6: IPv6地址族,用于Internet协议第6版
    - AF_UNIX: UNIX域套接字,用于同一台机器上的进程间通信
    - AF_PACKET: 用于 Packet sockets 发送或接收数据包
    - AF_NETLINK: 用于内核用户空间通信的套接字    */

//bindaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); 
bindaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
// 转换成对应大端小端->0.0.0.0:接收任意本地地址连接

bindaddr.sin_port = htons(10004);

if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&bindaddr, sizeof(bindaddr)) == -1)
{
    std::cout << "bind listen socket error." << std::endl;
	return -1;
}

sockaddr

是一种通用的socket地址结构, 不同的协议地址长度不同.

sockaddr_in 是sockaddr的一个具体实现.用于IPv4,有IP地址和端口

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/* Structure describing an Internet socket address.  */
struct sockaddr_in
  {
    __SOCKADDR_COMMON (sin_); //sin_family
    in_port_t sin_port;			/* Port number.  */
    struct in_addr sin_addr;		/* Internet address.  */

    /* Pad to size of `struct sockaddr'.  */
    unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr)
			   - __SOCKADDR_COMMON_SIZE
			   - sizeof (in_port_t)
			   - sizeof (struct in_addr)];
  };

sin_family 地址族(Address Family)

    - AF_INET: IPv4地址族,用于Internet协议第4版
        - AF_INET6: IPv6地址族,用于Internet协议第6版
        - AF_UNIX: UNIX域套接字,用于同一台机器上的进程间通信
        - AF_PACKET: 用于 Packet sockets 发送或接收数据包
        - AF_NETLINK: 用于内核用户空间通信的套接字

sin_addr.s_addr 指定IP地址

用htonl将宏/int类型的IP地址数字转换为IP地址

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/* Address to accept any incoming messages.  */
#define	INADDR_ANY		((in_addr_t) 0x00000000)
/* Address to send to all hosts.  */
#define	INADDR_BROADCAST	((in_addr_t) 0xffffffff)
/* Address indicating an error return.  */
#define	INADDR_NONE		((in_addr_t) 0xffffffff)

INADDR_ANY宏: 一串0的IP地址,表示 协议层会自动选一个合适的IP地址.

用inet_addr将地址字符串转换为IP地址

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bindaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

IP地址的选择
- INADDR_ANY 相当于地址0.0.0.0
  - 可以被公网访问,相当于绑定了外网IP
- 局域网中的地址IP
  - 可以被局域网内部机器访问
- 127.0.0.1 本地回环地址
  - 只能被本机访问

sin_port 绑定端口

htonl,htons|ntohl,ntohs

意思是:host byte order to network byte order (long/short)

network byte order to host byte order (long/short)

network byte order:big-endian 大端模式

host byte order: 根据机器决定.intel机器是little-endian 小端序列
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#include <arpa/inet.h>

    uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

    uint16_t htons(uint16_t hostshort);

    uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

    uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

如果port设为0,操作系统会随机为程序分配一个可用的监听端口,Server一般不会绑定0 - port.因为Server要对外开放,必须让客户端知道确切的IP和Port.

⚠️sockaddr_in 的其他空间用sin_zero char数组填满以对齐sockaddr的空间

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