深入淺出講解C++ socket編程(基礎理論篇)

 沒說的,講得真是非常好。我看一個小時就明白好多了。

以下原文:

 

對於SOCKET在這裏我不想究其歷史,我只想說其時它是一種進程通訊的方式,簡言之就是調用這個網絡庫的一些API函數就能實現分佈在不同主機的相關進程之間的數據交換.

  SOCKET中首先我們要理解如下幾個定義概念:

一是IP地址:IP Address我想很容易理解,就是依照TCP/IP協議分配給本地主機的網絡地址,就向兩個進程要通訊,任一進程要知道通訊對方的位置,位置如何來確定,就用對方的IP

二是端口號:用來標識本地通訊進程,方便OS提交數據.就是說進程指定了對方進程的網絡IP,但這個IP只是用來標識進程所在的主機,如何來找到運行在這個主機的這個進程呢,就用端口號.

三是連接:指兩個進程間的通訊鏈路.

四是半相關:網絡中用一個三元組可以在全局唯一標誌一個進程: 

(協議,本地地址,本地端口號) 

這樣一個三元組,叫做一個半相關,它指定連接的每半部分。 


五是全相關 

一個完整的網間進程通信需要由兩個進程組成,並且只能使用同一種高層協議。也就是說,不可能通信的一端用TCP協議,而另一端用UDP協議。因此一個完整的網間通信需要一個五元組來標識: 

(協議,本地地址,本地端口號,遠地地址,遠地端口號) 

這樣一個五元組,叫做一個相關(association),即兩個協議相同的半相關才能組合成一個合適的相關,或完全指定組成一連接。 

客戶/服務器模式 
在TCP/IP網絡應用中,通信的兩個進程間相互作用的主要模式是客戶/服務器模式(Client/Server model),即客戶向服務器發出服務請求,服務器接收到請求後,提供相應的服務。客戶/服務器模式的建立基於以下兩點:首先,建立網絡的起因是網絡中軟硬件資源、運算能力和信息不均等,需要共享,從而造就擁有衆多資源的主機提供服務,資源較少的客戶請求服務這一非對等作用。其次,網間進程通信完全是異步的,相互通信的進程間既不存在父子關係,又不共享內存緩衝區,因此需要一種機制爲希望通信的進程間建立聯繫,爲二者的數據交換提供同步,這就是基涌紀紀戶/服務器模式的TCP/IP。 

客戶/服務器模式鑰紀紀作過程中採取的是主動請求方式: 

首先服務器方要先啓動,並根據請求提供相應服務: 

1. 打開一通信通道並告知本地主機,它願意在某一公認地址上(周知口,如FTP爲21)接收客戶請求; 

2. 等待客戶請求到達該端口; 

3. 接收到重複服務請求,處理該請求併發送應答信號。接收到併發服務請求,要激活一新進程來處理這個客戶請求(如UNIX系統中用fork、exec)。新進程處理此客戶請求,並不需要對其它請求作出應答。服務完成後,關閉此新進程與客戶的通信鏈路,並終止。 

4. 返回第二步,等待另一客戶請求。 

5. 關閉服務器 


客戶方: 

1. 打開一通信通道,並連接到服務器所在主機的特定端口; 

2. 向服務器發服務請求報文,等待並接收應答;繼續提出請求...... 

3. 請求結束後關閉通信通道並終止。 


從上面所描述過程可知: 

1. 客戶與服務器進程的作用是非對稱的,因此編碼不同。 

2. 服務進程一般是先涌紀紀戶請求而啓動的。只要系統運行,該服務進程一直存在,直到正常或強迫終止。 

介紹完基礎知識,下面就介紹一些API函數:

創建套接字──socket() 
應用程序在使用套接字前,首先必須擁有一個套接字,系統調用socket()嚮應用程序提供創建套接字的手段,其調用格式如下: 

SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol); 

該調用要接收三個參數:af、type、protocol。參數af指定通信發生的區域,:AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等,而DOS、 WINDOWS中僅支持AF_INET,它是網際網區域。因此,地址族與協議族相同。參數type 描述要建立的套接字的類型。這裏分三種:一是TCP流式套接字(SOCK_STREAM)提供了一個面向連接、可靠的數據傳輸服務,數據無差錯、無重複地發送,且按發送順序接收。內設流量控制,避免數據流超限;數據被看作是字節流,無長度限制。文件傳送協議(FTP)即使用流式套接字。 
二是數據報式套接字(SOCK_DGRAM)提供了一個無連接服務。數據包以獨立包形式被髮送,不提供無錯保證,數據可能丟失或重複,並且接收順序混亂。網絡文件系統(NFS)使用數據報式套接字。三是原始式套接字 (SOCK_RAW)該接口允許對較低層協議,如IP、ICMP直接訪問。常用於檢驗新的協議實現或訪問現有服務中配置的新設備.參數protocol說明該套接字使用的特定協議,如果調用者不希望特別指定使用的協議,則置爲0,使用默認的連接模式。根據這三個參數建立一個套接字,並將相應的資源分配給它,同時返回一個整型套接字號。因此,socket()系統調用實際上指定了相關五元組中的“協議”這一元。  
指定本地地址──bind() 
當一個套接字用socket()創建後,存在一個名字空間(地址族),但它沒有被命名。bind()將套接字地址(包括本地主機地址和本地端口地址)與所創建的套接字號聯繫起來,即將名字賦予套接字,以指定本地半相關。其調用格式如下: 

int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen); 

參數s是由socket()調用返回的並且未作連接的套接字描述符(套接字號)。參數name 是賦給套接字s的本地地址(名字),其長度可變,結構隨通信域的不同而不同。namelen表明了name的長度.如果沒有錯誤發生,bind()返回0。否則返回SOCKET_ERROR。  
建立套接字連接──connect()與accept() 
這兩個系統調用用於完成一個完整相關的建立,其中connect()用於建立連接。無連接的套接字進程也可以調用connect(),但這時在進程之間沒有實際的報文交換,調用將從本地操作系統直接返回。這樣做的優點是程序員不必爲每一數據指定目的地址,而且如果收到的一個數據報,其目的端口未與任何套接字建立“連接”,便能判斷該端靠紀紀可操作。而accept()用於使服務器等待來自某客戶進程的實際連接。 

connect()的調用格式如下: 

int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen); 

參數s是欲建立連接的本地套接字描述符。參數name指出說明對方套接字地址結構的指針。對方套接字地址長度由namelen說明。 

如果沒有錯誤發生,connect()返回0。否則返回值SOCKET_ERROR。在面向連接的協議中,該調用導致本地系統和外部系統之間連接實際建立。 

由於地址族總被包含在套接字地址結構的前兩個字節中,並通過socket()調用與某個協議族相關。因此bind()和connect()無須協議作爲參數。  



accept()的調用格式如下: 

SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen); 

參數s爲本地套接字描述符,在用做accept()調用的參數前應該先調用過listen()。addr 指向客戶方套接字地址結構的指針,用來接收連接實體的地址。addr的確切格式由套接字創建時建立的地址族決定。addrlen 爲客戶方套接字地址的長度(字節數)。如果沒有錯誤發生,accept()返回一個SOCKET類型的值,表示接收到的套接字的描述符。否則返回值INVALID_SOCKET。 

accept() 用於面向連接服務器。參數addr和addrlen存放客戶方的地址信息。調用前,參數addr 指向一個初始值爲空的地址結構,而addrlen 的初始值爲0;調用accept()後,服務器等待從編號爲s的套接字上接受客戶連接請求,而連接請求是由客戶方的connect()調用發出的。當有連接請求到達時,accept()調用將請求連接隊列上的第一個客戶方套接字地址及長度放入addr 和addrlen,並創建一個與s有相同特性的新套接字號。新的套接字可用於處理服務器併發請求。 



四個套接字系統調用,socket()、bind()、 connect()、accept(),可以完成一個完全五元相關的建立。socket()指定五元組中的協議元,它的用法與是否爲客戶或服務器、是否面向連接無關。bind()指定五元組中的本地二元,即本地主機地址和端口號,其用法與是否面向連接有關:在服務器方,無論是否面向連接,均要調用 bind(),若採用面向連接,則可以不調用bind(),而通過connect()自動完成。若採用無連接,客戶方必須使用bind()以獲得一個唯一的地址。 
監聽連接──listen() 
此調用用於面向連接服務器,表明它願意接收連接。listen()需在accept()之前調用,其調用格式如下: 

int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog); 

參數s標識一個本地已建立、尚未連接的套接字號,服務器願意從它上面接收請求。backlog表示請求連接隊列的最大長度,用於限制排隊請求的個數,目前允許的最大值爲5。如果沒有錯誤發生,listen()返回0。否則它返回SOCKET_ERROR。 

listen()在執行調用過程中可爲沒有調用過bind()的套接字s完成所必須的連接,並建立長度爲backlog的請求連接隊列。 

調用listen()是服務器接收一個連接請求的四個步驟中的第三步。它在調用socket()分配一個流套接字,且調用bind()給s賦於一個名字之後調用,而且一定要在accept()之前調用。 
數據傳輸──send()與recv() 
當一個連接建立以後,就可以傳輸數據了。常用的系統調用有send()和recv()。 

send()調用用於鑰紀紀數s指定的已連接的數據報或流套接字上發送輸出數據,格式如下: 

int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags); 

參數s爲已連接的本地套接字描述符。buf 指向存有發送數據的緩衝區的指針,其長度由len 指定。flags 指定傳輸控制方式,如是否發送帶外數據等。如果沒有錯誤發生,send()返回總共發送的字節數。否則它返回SOCKET_ERROR。 
recv()調用用於s指定的已連接的數據報或流套接字上接收輸入數據,格式如下: 

int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags); 

參數s 爲已連接的套接字描述符。buf指向接收輸入數據緩衝區的指針,其長度由len 指定。flags 指定傳輸控制方式,如是否接收帶外數據等。如果沒有錯誤發生,recv()返回總共接收的字節數。如果連接被關閉,返回0。否則它返回SOCKET_ERROR。  
輸入/輸出多路複用──select() 
select() 調用用來檢測一個或多個套接字的狀態。對每一個套接字來說,這個調用可以請求讀、寫或錯誤狀態方面的信息。請求給定狀態的套接字集合由一個fd_set結構指示。在返回時,此結構被更新,以反映那些滿足特定條件的套接字的子集,同時, select()調用返回滿足條件的套接字的數目,其調用格式如下: 

int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout); 

參數nfds指明被檢查的套接字描述符的值域,此變量一般被忽略。 

參數readfds指向要做讀檢測的套接字描述符集合的指針,調用者希望從中讀取數據。參數writefds 指向要做寫檢測的套接字描述符集合的指針。 exceptfds指向要檢測是否出錯的套接字描述符集合的指針。timeout指向select()函數等待的最大時間,如果設爲NULL則爲阻塞操作。select()返回包含在fd_set結構中已準備好的套接字描述符的總數目,或者是發生錯誤則返回SOCKET_ERROR。  
關閉套接字──closesocket() 
closesocket()關閉套接字s,並釋放分配給該套接字的資源;如果s涉及一個打開的TCP連接,則該連接被釋放。closesocket()的調用格式如下: 

BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s); 

參數s待關閉的套接字描述符。如果沒有錯誤發生,closesocket()返回0。否則返回值SOCKET_ERROR。  

以上就是SOCKET API一些常用的API函數,下面我在介紹C/S模式就是客戶機/服務器通訊模式,服務器啓動服務並在相應端口內偵聽,客戶機打開連接,完成通訊鏈路的建立後,雙方進行數據交互,完畢後關閉套接字.

  好了,SOCKET基礎我們就介紹到這裏。

發表評論
所有評論
還沒有人評論,想成為第一個評論的人麼? 請在上方評論欄輸入並且點擊發布.
相關文章