一、套接字（socket）
套接字socket: ip地址 + port端口號。在TCP/IP協議中,它唯一標識網絡通訊中的一個進程。
在TCP協議中,建立連接的兩個進程各自有一個socket來標識,那麼這兩個socket組成的socketpair就唯一標識一個連接。
socket本身有“插座”的意思,因此用來描述網絡連接的 一對一關係。
TCP/IP協議規定,網絡數據流應採用 大端字節序,即 （內存）低地址高字節（數據）。
二、TCP_SOCKET 相關
TCP 協議 ---- 基於 字節流 --- SOCK_STREAM
IPv4地址格式定義在netinet/in.h中,IPv4地址: sockaddr_in結構體,包括16位端口號和32位IP地址
struct sockaddr_in
{
uint8_t sin_len;
sa_family_t sin_family;
in_port_t sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};h表示host,n表示network,l表示32位長整數,s表示16位短整數。
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol); //創建套接字
//domain: 底層通信所使用的協議 AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）、AF_UNIX
//type: 協議實現的方式 SOCK_STREAM 有序的、可靠的、雙向的和基於連接的字節流 //protocol: 套接口所用的協議。前面兩個參數設定後，這兒可用0指定，表示缺省。
返回值：成功 new socket的描述符，失敗 -1
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);//綁定
int listen(int sockfd, int backlog); //監聽
// sockfd：已經建立的socket編號（描述符） SOCK_STREAM SOCK_DGRAM
// backlog: 連接請求隊列的最大長度
返回值：成功 0，失敗 -1
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);//阻塞等待
返回值：成功 非負整數的accept socket的描述符，失敗 -1
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
返回值：連接/綁定成功 0，失敗 -1
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
三、TCP協議 通訊流程
1、服務器：調用socket()、bind()、listen() 完成初始化後,調用accept()阻塞等待,處於監聽端口的狀態。
客戶端：調用socket()初始化後,調用connect()發出SYN段並阻塞等待服務器應答,服務器應答一個SYN-ACK段,客戶端收到後從connect()返回,同時應答一個ACK段,服務器收到後從accept()返回。
2、數據傳輸的過程
建立連接後,TCP協議提供全雙工的通信服務,但是一般的客戶端/服務器程序的流程是由客戶端主 動發起請求,服務器被動處理請求,一問一答的方式。因此,服務器從accept()返回後立刻調read(),socket就像讀管道一樣,如果沒有數據到達就阻塞等待,這時客戶端調用write()發送 請求給服務器,服務器收到後從read()返回,對客戶端的請求進行處理,在此期間客戶端調用read()阻塞等待服務器的應答,服務器調用write()將處理結果發回給客戶端,再次調用read()阻塞等待下一條請求,客戶端收到後從read()返回,發送下一條請求,如此循環下去。
如果客戶端沒有更多的請求了,就調用close()關閉連接,就像寫端關閉的管道一樣,服務器的read()返回0,這樣服務器就知道客戶端關閉了連接,也調用close()關閉連接。注意,任何一方調用close()後,連接的兩個傳輸方向都關閉,不能再發送數據了。如果一方調用shutdown()則連接處於半關閉狀態,仍可接收對方發來的數據。
四、TCP socket API實例
//tcp_server.cpp
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<string>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
const int g_backlog=5;
void usage(string _proc)
{
cout<<"Usage:"<<_proc<<"[ip][port]"<<endl;
}
static int startup(const string &ip,const int &port) //服務器初始化
{
int sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//創建套接字
if(sock < 0)
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
exit(1);
}
struct sockaddr_in local;//填充本地信息
local.sin_family=AF_INET;
local.sin_port=htons(port);
local.sin_addr.s_addr=inet_addr(ip.c_str());
if(bind(sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)) < 0)//綁定
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
exit(2);
}
if(listen(sock,g_backlog) < 0)//監聽
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
exit(3);
}
return sock;
}
void *thread_run(void *arg)
{
char buf[1024];
int sock=(int)arg;
while(1)
{
memset(buf,'\0',sizeof(buf));
ssize_t _size = read(sock,buf,sizeof(buf)-1);
if(_size > 0)//read success
{
buf[_size] = '\0';
}
else if(_size == 0)//close connection
{
cout<<"client close..."<<endl;
break;
}
else
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
}
cout<<"Client# "<<buf<<endl;
}
close(sock);
return NULL;
}
int main(int argc,char *argv[])
{
if(argc != 3)
{
usage(argv[0]);
exit(1);
}
string ip = argv[1];
int port = atoi(argv[2]);
int listen_sock=startup(ip,port);
struct sockaddr_in client;
socklen_t len=sizeof(client);
client.sin_family = AF_INET;
client.sin_port = htons(port);
client.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
while(1)
{
int new_sock=accept(listen_sock,(struct sockaddr*)&client,&len);//阻塞等待
if(new_sock < 0)
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
continue;
}
cout<<"Get a connect..."<<"sock: "<<new_sock<<"ip: "<<inet_ntoa(client.sin_addr)\
<<"port: "<<ntohs(client.sin_port);
}
#ifdef _V1_
char buf[1024];
while(1)
{
ssize_t _size = read(new_sock,buf,sizeof(buf)-1);
if(_size > 0)//read success
{
buf[_size] = '\0';
}
else if(_size == 0)//client close
{}
else
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
}
cout<<"Client# "<<buf<<endl;
}
#elif _V2_
cout<<"V2"<<endl;
pid_t id=fork();
if(id < 0)
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
exit(1);
}
else if(id == 0)//child
{
string _client=inet_ntoa(client.sin_addr);
close(listen_sock);
char buf[1024];
while(1)
{
memset(buf,'\0',sizeof(buf));
ssize_t _size = read(new_sock,buf,sizeof(buf)-1);
if(_size > 0)//read success
{
buf[_size] = '\0';
}
else if(_size == 0)//client close
{
cout<<_client<<"close..."<<endl;
break;
}
else
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
}
cout<<_client<<"# "<<buf<<endl;
}
close(new_sock);
exit(0);
}
else //father
{
close(new_sock);
}
#elif _V3_
cout<<"V3"<<endl;
pthread_t tid;
pthread_create(&tid,NULL,thread_run,(void*)argc);
pthread_detach(tid);
#else
cout<<"defauult"<<endl;
#endif
return 0;
}//tcp_client.cpp
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<string>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
void usage(string _proc)
{
cout<<_proc<<"[remote ip][remote port]"<<endl;
}
int main(int argc,char *argv[]) //tcp_client.cpp
{
if(argc != 3)
{
usage(argv[0]);
exit(1);
}
string r_ip = argv[1];
int r_port = atoi(argv[2]);
int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sock < 0)
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
exit(1);
}
struct sockaddr_in remote;
remote.sin_family = AF_INET;
remote.sin_port = htons(r_port);
remote.sin_addr.s_addr = inet_addr(r_ip.c_str());
int ret = connect(sock,(struct sockaddr*)&remote,sizeof(remote));
if(ret < 0)
{
cout<<strerror(errno)<<endl;
}
string msg;
while(1)
{
cout<<"Please Enter: ";
cin>>msg;
write(sock,msg.c_str(),msg.size());
}
return 0;
}//Makefile
.PHONY:all all:tcp_server tcp_client tcp_server:tcp_server.cpp g++ -o $@ $^ -lpthread -D_V3_ tcp_client:tcp_client.cpp g++ -o $@ $^ .PHONY:clean clean: rm -f tcp_server tcp_client