imx6ull/linux应用编程学习(11）SOCKET

从上篇文章了解到了网络基础知识，那么socket与tcp/ip、udp等有什么关系呢？

imx6ull/linux应用编程学习(10）网络基础知识（基于正点原子）-CSDN博客

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后

Socket是计算机网络中的一个通信端点，可以视为网络通信的基础设施，它为不同的网络通信协议提供了统一的接口。通过它，程序可以发送和接收数据。Socket的主要作用是建立网络连接，并进行数据传输。

Socket的类型

流式套接字（Stream Socket） ：基于TCP（ Transmission Control Protocol）协议的Socket，提供面向连接的、可靠的数据传输服务。数据在传输过程中不会丢失，并且接收方会以发送方相同的顺序接收数据。
数据报套接字（Datagram Socket） ：基于UDP （User Datagram Protocol）协议的Socket，提供无连接的、尽力而为的数据传输服务。数据可能会在传输过程中丢失，接收顺序也可能不同。

由上可知，socket根据作为udp和tcp的接口，可发为以上两类，在进行更详细对比之前，我们先回顾一下tcp与udp的区别。

TCP/IP与UDP的关系

TCP/IP和UDP是两种不同的传输层协议：

TCP/IP协议：
- 面向连接：在发送数据之前需要建立连接（三次握手）。
- 可靠传输：通过确认机制和重传机制确保数据的可靠传输。
- 流控制：可以调整发送数据的速率，以避免网络拥塞。
- 数据顺序：确保数据按照发送顺序接收。
UDP协议：
- 无连接：发送数据时不需要建立连接，传输效率高。
- 不保证可靠性：没有数据确认机制，数据可能丢失或重复。
- 无序传输：数据报的接收顺序可能与发送顺序不同。
- 适合实时应用：如视频流、语音通话等对数据传输速度要求高，但对数据丢失不敏感的应用。

（tips：tcp和udp都依赖IP，ip就相当于每台主机的身份证，tcp和udp需要根据ip去辨别不同的主机）

Socket与TCP/IP、UDP的关系

Socket 是应用层与传输层协议（如TCP、UDP）之间的桥梁 。通过Socket编程，开发者可以选择使用TCP或UDP协议来实现具体的网络通信功能。

使用TCP的Socket：
- 服务器端：创建一个流式Socket -> 绑定端口 -> 监听连接请求 -> 接受连接 -> 读写数据。
- 客户端：创建一个流式Socket -> 连接服务器 -> 读写数据。
使用UDP的Socket：
- 服务器端：创建一个数据报Socket -> 绑定端口 -> 接收和发送数据报。
- 客户端：创建一个数据报Socket -> 发送和接收数据报。

总结

Socket是实现网络通信的基本单元，它提供了统一的接口，方便程序员使用TCP或UDP进行数据传输。通过选择不同类型的Socket，程序可以在可靠性、速度和资源利用之间进行权衡，以满足不同应用场景的需求。

引用网上的一张图：

socket常用API：

1. 创建Socket

socket()
- 原型：socket(socket_family, socket_type, protocol=0)
- 描述：创建一个新的Socket。
- 参数：
  - socket_family：指定地址族，常用的有AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）。
  - socket_type：指定Socket类型，常用的有SOCK_STREAM（TCP）、SOCK_DGRAM（UDP）。
  - protocol：一般设为0，表示使用默认协议。

2. 绑定地址

bind()
- 原型：bind(address)
- 描述：将Socket绑定到指定的地址（IP地址和端口）。
- 参数：
  - address：一个元组，包含IP地址和端口号，如('192.168.1.1', 8080)。

3. 监听连接

listen()
- 原型：listen(backlog)
- 描述：使Socket进入监听状态，准备接受连接请求。
- 参数：
  - backlog：指定等待连接的最大数量。

4. 接受连接

accept()
- 原型：accept()
- 描述：接受一个连接，返回一个新的Socket对象和客户端地址。
- 返回值 ：一个元组(conn, address)，conn是新的Socket对象，address是客户端地址。

5. 连接到远程服务器

connect()
- 原型：connect(address)
- 描述：连接到远程服务器。
- 参数：
  - address：远程服务器的地址和端口号。

6. 发送数据

send()
- 原型：send(bytes)
- 描述：通过Socket发送数据。
- 参数：
  - bytes：要发送的数据，类型为字节串。
sendto()
- 原型：sendto(bytes, address)
- 描述：通过Socket发送数据到指定地址（用于UDP）。
- 参数：
  - bytes：要发送的数据，类型为字节串。
  - address：目标地址和端口号。

7. 接收数据

recv()
- 原型：recv(bufsize)
- 描述：接收数据。
- 参数：
  - bufsize：指定一次接收的最大数据量。
recvfrom()
- 原型：recvfrom(bufsize)
- 描述：接收数据并获取发送方地址（用于UDP）。
- 参数：
  - bufsize：指定一次接收的最大数据量。
- 返回值 ：一个元组(data, address)，data是接收到的数据，address是发送方地址。

8. 关闭Socket

close()
- 原型：close()
- 描述：关闭Socket，释放资源。

socket 编程实战：

任务：实现一个简单地服务器和一个简单地客户端应用程序，将ubuntu和开发板分别作为客户端和服务端，实现交互

1.服务器程序：

编写服务器应用程序的流程如下：

①、调用 socket()函数打开套接字，得到套接字描述符；

②、调用 bind()函数将套接字与 IP 地址、端口号进行绑定；

③、调用 listen()函数让服务器进程进入监听状态；

④、调用 accept()函数获取客户端的连接请求并建立连接；

⑤、调用 read/recv、 write/send 与客户端进行通信；

⑥、调用 close()关闭套接字。

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

#define SERVER_PORT     8888    //端口号不能发生冲突,不常用的端口号通常大于5000

int main(void)
{
    struct sockaddr_in server_addr = {0};
    struct sockaddr_in client_addr = {0};
    char ip_str[20] = {0};
    int sockfd, connfd;
    int addrlen = sizeof(client_addr);
    char recvbuf[512];
    int ret;

    /* 打开套接字，得到套接字描述符 */
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (0 > sockfd) {
        perror("socket error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 将套接字与指定端口号进行绑定 */
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

    ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
    if (0 > ret) {
        perror("bind error");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 使服务器进入监听状态 */
    ret = listen(sockfd, 50);
    if (0 > ret) {
        perror("listen error");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 阻塞等待客户端连接 */
    connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &addrlen);
    if (0 > connfd) {
        perror("accept error");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("有客户端接入...\n");
    inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr.s_addr, ip_str, sizeof(ip_str));
    printf("客户端主机的IP地址: %s\n", ip_str);
    printf("客户端进程的端口号: %d\n", client_addr.sin_port);

    /* 接收客户端发送过来的数据 */
    for ( ; ; ) {

        // 接收缓冲区清零
        memset(recvbuf, 0x0, sizeof(recvbuf));

        // 读数据
        ret = recv(connfd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0);
        if(0 >= ret) {
            perror("recv error");
            close(connfd);
            break;
        }

        // 将读取到的数据以字符串形式打印出来
        printf("from client: %s\n", recvbuf);

        // 如果读取到"exit"则关闭套接字退出程序
        if (0 == strncmp("exit", recvbuf, 4)) {
            printf("server exit...\n");
            close(connfd);
            break;
        }
    }

    /* 关闭套接字 */
    close(sockfd);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

客户端连接到服务器之后，客户端会向服务器（也就是本程序）发送数据，在我们服务器应用程序中会读取客户端发送的数据并将其打印出来，

SERVER_PORT 宏指定了本服务器绑定的端口号，这里我们将端口号设置为 8888，端口不能与其它服务器的端口号发生冲突，不常用的端口号通常大于 5000。

2.编写客户端程序

客户端的功能是连接上小节所实现的服务器，连接成功之后向服务器发送数据，发送的数据由用户输入

cpp 复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>

#define SERVER_PORT		8888          	//服务器的端口号
#define SERVER_IP   	"192.168.5.9"	//服务器的IP地址

int main(void)
{
    struct sockaddr_in server_addr = {0};
    char buf[512];
    int sockfd;
    int ret;

    /* 打开套接字，得到套接字描述符 */
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (0 > sockfd) {
        perror("socket error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    /* 调用connect连接远端服务器 */
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);  //端口号
    inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr);//IP地址

    ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
    if (0 > ret) {
        perror("connect error");
        close(sockfd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("服务器连接成功...\n\n");

    /* 向服务器发送数据 */
    for ( ; ; ) {
        // 清理缓冲区
        memset(buf, 0x0, sizeof(buf));

        // 接收用户输入的字符串数据
        printf("Please enter a string: ");
        fgets(buf, sizeof(buf), stdin);

        // 将用户输入的数据发送给服务器
        ret = send(sockfd, buf, strlen(buf), 0);
        if(0 > ret){
            perror("send error");
            break;
        }

        //输入了"exit"，退出循环
        if(0 == strncmp(buf, "exit", 4))
            break;
    }

    close(sockfd);
    exit(EXIT_SUCCESS);
}