《TCP/IP网络编程》阅读笔记--Socket类型及协议设置

布吉岛呀~2023-09-04 14:05

目录

1--协议的定义

2--Socket的创建

[2-1--协议族（Protocol Family）](#2-1--协议族（Protocol Family）)

2-2--Socket类型（Type）

[3--Linux下实现TCP Socket](#3--Linux下实现TCP Socket)

3-1--服务器端

3-2--客户端

3-3--编译运行

[4--Windows下实现 TCP Socket](#4--Windows下实现 TCP Socket)

4-1--TCP服务端

[4-2--TCP 客户端](#4-2--TCP 客户端)

4-3--编译运行

1--协议的定义

协议是对话中使用的通信规则，拓展到计算机领域可整理为"计算机间对话必备通信规则 "。简言之，协议就是为了完成数据交换而定好的约定；

2--Socket的创建

cpp 复制代码 
#include <sys/socket.h>

int socket(int domain, int type, int protocol); 

// 创建成功返回文件描述符，创建失败返回-1；
// domain 表示 socket 中使用的协议族（Protocol Family）信息；
// type 表示 socket 数据传输的类型信息；
// protocol 表示计算机间通信中使用的协议信息（TCP、UDP）；

2-1--协议族（Protocol Family）

头文件 sys/socket.h 中声明的协议族

①：PF_INET 表示 IPv4 互联网协议族；

②：PF_INET6 表示 IPv6 互联网协议族；

③：PF_LOCAL 表示本地通信的 UNIX 协议族；

④：PF_PACKET 表示底层 Socket 的协议族

⑤：PF_IPX 表示 IPX Novell 协议族；

Socket 实际采用的最终协议信息通过 socket 函数的第三个参数（protocol）传递的，在指定的协议族范围内通过第一个参数决定第三个参数；

2-2--Socket类型（Type）

Socket 类型指的是 Socket 的数据传输方式 ，一般决定了协议族并不能同时决定数据传输方式，因为同一个协议族中可能存在多种数据传输方式；

以下说明两种常用的 Socket 类型：
面向连接 的 Socket：SOCK_STREAM，特点如下：

① 传输过程中数据不会丢失；

② 按序传输数据；

③ 传输的数据不存在数据边界；

面向连接的 Socket 只能与另外一个同样特性的 Socket 进行连接；

一句话概括面向连接的 Socket ：可靠 的、按序传递 的、基于字节 的面向连接的数据传输方式；
面向消息 的 Socket：SOCK_DGRAM，特点如下：

① 强调快速传输而非传输顺序；

② 传输的数据可能丢失也可能销毁；

③ 传输的数据有数据边界，即意味着接收数据的次数应和传输次数相同；

④ 限制每次传输的数据大小；

一句话概括面向消息的 Socket ：不可靠 的、不按序传递 的、以数据的高速传输为目的的 Socket；
参数 PF_INET 指 IPv4 网络协议族，SOCK_STREAM 指面向连接的数据传输，满足以上两个条件的协议只有 IPPPOTO_TCP，即可通过以下方式创建 TCP Socket：

cpp 复制代码 
int tcp_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

同理，SOCK_DGRAM 指面向消息的数据传输方式，满足条件的协议只有 IPPPOTO_UDP，即可通过以下方式创建 UDP Socket：

cpp 复制代码 
int udp_socket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

3--Linux下实现TCP Socket

3-1--服务器端

cpp 复制代码 
// gcc tcp_server.c -o tcp_server
// ./tcp_server 9190
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

void error_handling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    int serv_sock;
    int clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size;

    char message[] = "Hello World!";
    if(argc != 2){
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 调用 socket 函数创建socket
    if(serv_sock == -1){
        error_handling("socket() error");
    }

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    // 调用 bind 函数分配 ip 地址和端口号
    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1){
        error_handling("bind() error");
    }

    // 调用 listen 函数将 socket 转为可接收连接状态
    if(listen(serv_sock, 5) == -1){
        error_handling("listen() error");
    }

    clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    // 调用 accept 函数受理连接请求
    // 没有连接请求的情况下，不会有返回情况，直到有连接请求为止
    clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*) &clnt_addr, &clnt_addr_size);

    if(clnt_sock == -1){
        error_handling("accept() error");
    }
    // 调用 write 函数传输数据
    write(clnt_sock, message, sizeof(message));
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
    
}

3-2--客户端

cpp 复制代码 
// gcc tcp_client.c -o tcp_client
// ./tcp_client 127.0.0.1 9190
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

void error_handling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    int sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char message[30];
    int str_len;
    int idx = 0, read_len = 0;

    if(argc != 3){
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sock == -1){
        error_handling("socket() error");
    }

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1){
        error_handling("connect() error!");
    }

    while(read_len = read(sock, &message[idx++], 1)){
        if(read_len == -1){
            error_handling("read() error!");
        }
        str_len += read_len;
    }

    printf("Message from server : %s \n", message);
    printf("Function read call count: %d \n", str_len);
    close(sock);
    return 0;
}

3-3--编译运行

bash 复制代码 
# TCP服务端
gcc tcp_server.c -o tcp_server
./tcp_server 9190

# TCP客户端
gcc tcp_client.c -o tcp_client
./tcp_client 127.0.0.1 9190

4--Windows下实现 TCP Socket

4-1--TCP服务端

cpp 复制代码 
// gcc tcp_server_win.c -o tcp_server_win -lwsock32
// tcp_server_win 9190
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <winsock2.h>

// 打印错误信息
void ErrorHandling(char* message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char* argv[]){
    WSADATA wsaData;
    SOCKET hServSock, hClntSock;
    SOCKADDR_IN servAddr, clntAddr;
    
    int szClntAddr;
    char message[] = "Hello World!";
    if(argc != 2){
        printf("Usage: %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){ // 初始化套接字库
        ErrorHandling("WSAStartup() error!");
    }

    hServSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创捷socket
    if(hServSock == INVALID_SOCKET){
        ErrorHandling("socket() error!");
    }

    memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr));
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servAddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); // 端口

    if(bind(hServSock, (SOCKADDR*) &servAddr, sizeof(servAddr)) == SOCKET_ERROR){ // 给 socket 分配 ip 地址和端口号
        ErrorHandling("bind() error!");
    }

    if(listen(hServSock, 5) == SOCKET_ERROR){ // 置于listen状态，使socket可接收客户端连接请求
        ErrorHandling("listen() error!");
    }

    szClntAddr = sizeof(clntAddr);
    hClntSock = accept(hServSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &szClntAddr); // 使socket受理客户端的连接请求
    if(hClntSock == INVALID_SOCKET){
        ErrorHandling("accept() error!");
    }

    send(hClntSock, message, sizeof(message), 0); // 向连接的客户端发送数据
    closesocket(hClntSock);
    closesocket(hServSock);
    WSACleanup(); // 注销初始化的套接字库
    return 0;
}

4-2--TCP 客户端

cpp 复制代码 
// gcc tcp_client_win.c -o tcp_client_win -lwsock32
// tcp_client_win 127.0.0.1 9190
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <winsock2.h>

// 打印错误信息
void ErrorHandling(char* message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char* argv[]){
    WSADATA wsaData;
    SOCKET hSocket;
    SOCKADDR_IN servAddr;

    char message[30];
    int strLen = 0;
    int idx = 0, readLen = 0;
    if(argc != 3){
        printf("Usage: %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){ // 初始化套接字库
        ErrorHandling("WSAStartup() error!"); 
    }

    hSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创捷面向连接的 TCP Socket
    if(hSocket == INVALID_SOCKET){
        ErrorHandling("socket() error!");
    }

    memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr));
    servAddr.sin_family = AF_INET;
    servAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    servAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(connect(hSocket, (SOCKADDR*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == SOCKET_ERROR){ // 向服务器端发送连接请求
        ErrorHandling("connect() error!");
    }

    while(readLen = recv(hSocket, &message[idx++], 1, 0)){ // 接收服务器发来的数据
        if(readLen == -1) ErrorHandling("read() error!");
        strLen += readLen;
        if(message[idx - 1] == '\0') break; // 读取到最后一个字节
    }
    
    printf("Message from server: %s \n", message); 
    printf("Function read call count: %d \n", strLen);

    closesocket(hSocket);
    WSACleanup(); // 注销初始化的Winsock库
    return 0;
}

4-3--编译运行

bash 复制代码 
# TCP服务端
gcc tcp_server_win.c -o tcp_server_win -lwsock32
tcp_server_win 9190

# TCP客户端
gcc tcp_client_win.c -o tcp_client_win -lwsock32
tcp_client_win 127.0.0.1 9190
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