C語言網絡編程

套接字

socket，套接字,它是計算機之間進行通信的一種約定或一種方式。通過 socket 這種約定，一臺計算機可以接收其他計算機的數據，也可以向其他計算機發送數據。

Linux下的套接字

Linux中創建的文件都有一個 int 類型的編號，稱爲文件描述符（File Descriptor）。使用文件時，只要知道文件描述符就可以。socket 也被認爲是文件的一種，和普通文件的操作沒有區別

Windows下的套接字

WinSock（Windows Socket）編程依賴於系統提供的動態鏈接庫(DLL)，有兩個版本：

• 較早的DLL是 wsock32.dll，大小爲 28KB，對應的頭文件爲 winsock1.h；
• 最新的DLL是 ws2_32.dll，大小爲 69KB，對應的頭文件爲 winsock2.h。

加載ws2_32.dll

#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")

WSAStartup()

使用DLL之前，還需要調用 WSAStartup() 函數進行初始化，以指明 WinSock 規範的版本

int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

• wVersionRequested 爲 WinSock 規範的版本號，低字節爲主版本號，高字節爲副版本號（修正版本號）
• lpWSAData 爲指向 WSAData 結構體的指針。

eg:

WSADATA wsaData;
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

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建立Socket

Linux

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

• af ,地址族（Address Family）,常用AF_INET(IPv4) 和 AF_INET6(IPv6)。
• type ,數據傳輸方式，常用的有 SOCK_STREAM(面向連接)和 SOCK_DGRAM(無連接)
• protocol 表示傳輸協議，常用的有 IPPROTO_TCP(TCP協議) 和 IPPTOTO_UDP(UDP協議)

1.TCP socket

int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); 

2.UDP socket

int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

Windows

SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //創建TCP套接字

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bind() 函數

將套接字與特定的IP地址和端口綁定起來

int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);  //Linux
int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);  //Windows

示例

//創建套接字
int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//創建sockaddr_in結構體變量
struct sockaddr_in serv_addr;

memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個字節都用0填充

serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口

//將套接字和IP、端口綁定
bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

1、sockaddr_in 結構體

struct sockaddr_in{
    sa_family_t     sin_family;   //地址族（Address Family），也就是地址類型
    uint16_t        sin_port;     //16位的端口號
    struct in_addr  sin_addr;     //32位IP地址
    char            sin_zero[8];  //不使用，一般用0填充
};

• sin_family 和 socket() 的第一個參數的含義相同，取值也要保持一致。

• sin_prot 爲端口號。需要用 htons() 函數轉換

• sin_addr 是 struct in_addr 結構體類型的變量

  in_addr 結構體

  struct in_addr{
  in_addr_t  s_addr;  //32位的IP地址
  };
  

  需要inet_addr()轉換

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

2、sockaddr

bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

bind() 第二個參數的類型爲 sockaddr，而代碼中卻使用 sockaddr_in，然後再強制轉換爲 sockaddr，這是爲什麼呢？

sockaddr 結構體的定義如下：

struct sockaddr{
    sa_family_t  sin_family;   //地址族（Address Family），也就是地址類型
    char         sa_data[14];  //IP地址和端口號
};

下圖是 sockaddr 與 sockaddr_in 的對比（括號中的數字表示所佔用的字節數）：

sockaddr 和 sockaddr_in 的長度相同，都是16字節，只是將IP地址和端口號合併到一起，用一個成員 sa_data 表示。要想給 sa_data 賦值，必須同時指明IP地址和端口號，例如”127.0.0.1:80“，遺憾的是，沒有相關函數將這個字符串轉換成需要的形式，也就很難給 sockaddr 類型的變量賦值，所以使用 sockaddr_in 來代替。這兩個結構體的長度相同，強制轉換類型時不會丟失字節，也沒有多餘的字節。

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connect() 函數

建立連接

與bind類似

int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);  //Linux
int connect(SOCKET sock, const struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);  //Windows

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linsten() 函數

套接字進入被動監聽狀態

int listen(int sock, int backlog);  //Linux
int listen(SOCKET sock, int backlog);  //Windows

• sock 需要進入監聽狀態的套接字
• backlog 請求隊列的最大長度

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accept() 函數

套接字處於監聽狀態時，接收客戶端請求,返回新的套接字

int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);  //Linux
SOCKET accept(SOCKET sock, struct sockaddr *addr, int *addrlen);  //Windows

• sock 爲服務器端套接字
• addr 爲 sockaddr_in 結構體變量
• addrlen 爲參數 addr 的長度，可由 sizeof() 求得
  
  

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Linux 接受和發送數據

write()

寫入數據

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);

• fd 爲要寫入的文件的描述符
• buf 爲要寫入的數據的緩衝區地址
• nbytes 爲要寫入的數據的字節數。

read()

讀取數據

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);

• fd 爲要讀取的文件的描述符
• buf 爲要接收數據的緩衝區地址
• nbytes 爲要讀取的數據的字節數。

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Windos 接受和發送數據

send()

發送數據

int send(SOCKET sock, const char *buf, int len, int flags);

• sock 爲要發送數據的套接字
• buf 爲要發送的數據的緩衝區地址
• len 爲要發送的數據的字節數
• flags 爲發送數據時的選項,一般設置爲 0 或 NULL

recv()

接受數據

int recv(SOCKET sock, char *buf, int len, int flags);

同上

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示例

Windows

server

#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")  //加載 ws2_32.dll
int main(){
    //初始化 DLL
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
    //創建套接字 PF_INET:IPv4
    SOCKET servSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    //綁定套接字
    sockaddr_in sockAddr;
    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每個字節都用0填充
    
    sockAddr.sin_family = PF_INET;  //使用IPv4地址
    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
    sockAddr.sin_port = htons(1234);  //端口
  	bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));
    
    //進入監聽狀態
    listen(servSock, 20);
    //接收客戶端請求
    SOCKADDR clntAddr;
    int nSize = sizeof(SOCKADDR);
    SOCKET clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);
    //向客戶端發送數據
    char *str = "Hello World!";
    send(clntSock, str, strlen(str)+sizeof(char), NULL);
    //關閉套接字
    closesocket(clntSock);
    closesocket(servSock);
    //終止 DLL 的使用
    WSACleanup();
    return 0;
}

client

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  

//加載 ws2_32.dll
int main(){
    //初始化DLL
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
    //創建套接字
    SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    //向服務器發起請求
    sockaddr_in sockAddr;
    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));  //每個字節都用0填充
    sockAddr.sin_family = PF_INET;
    sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    sockAddr.sin_port = htons(1234);
    connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));
    //接收服務器傳回的數據
    char szBuffer[MAXBYTE] = {0};
    recv(sock, szBuffer, MAXBYTE, NULL);
    //輸出接收到的數據
    printf("Message form server: %s\n", szBuffer);
    //關閉套接字
    closesocket(sock);
    //終止使用 DLL
    WSACleanup();
    system("pause");
    return 0;

Linux

服務器端代碼 server.cpp

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main(){
    //創建套接字
    int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    //將套接字和IP、端口綁定
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個字節都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    //進入監聽狀態，等待用戶發起請求
    listen(serv_sock, 20);
    //接收客戶端請求
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
    //向客戶端發送數據
    char str[] = "Hello World!";
    write(clnt_sock, str, sizeof(str));
   
    //關閉套接字
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
}

客戶端代碼 client.cpp：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
int main(){
    //創建套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    //向服務器（特定的IP和端口）發起請求
    struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));  //每個字節都用0填充
    serv_addr.sin_family = AF_INET;  //使用IPv4地址
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具體的IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
   
    //讀取服務器傳回的數據
    char buffer[40];
    read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);
   
    printf("Message form server: %s\n", buffer);
   
    //關閉套接字
    close(sock);
    return 0;
}

參考

C語言網絡編程_C語言中文網