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Socket编程详解：从基本概念到实例应用(TCP|UDP C语言实例详解)

作者：Gausst松鼠会 | 2024-02-26 04:24:49

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socket编程

简介：
Socket编程是网络编程中至关重要的一部分，它提供了一种在不同主机之间进行数据通信的方式。本篇博客将详细介绍Socket编程的基本概念、原理和实例应用，帮助读者深入理解和掌握这一重要技术。

正文：
一、Socket编程概述
Socket是一种通信机制，通过它可以在不同主机之间进行数据交换。在Socket编程中，有两种常见的通信模式：客户端-服务器模式和点对点模式。它基于TCP/IP协议栈，并使用IP地址和端口号来标识通信的目标。

二、Socket编程基本步骤
Socket编程是一种用于实现网络通信的编程接口，可以通过TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）实现不同类型的连接。下面将详细介绍TCP和UDP的开发流程，并详细介绍常用的Socket编程函数的原型和参数用法。

TCP开发流程：

  1. 服务器端：

    • 创建套接字：int serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    • 绑定地址：struct sockaddr_in serverAddress; serverAddress.sin_family = AF_INET; serverAddress.sin_port = htons(port); serverAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; bind(serverSocket, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress));
    • 监听连接：listen(serverSocket, backlog);
    • 接受连接：struct sockaddr_in clientAddress; int clientSocket = accept(serverSocket, (struct sockaddr*)&clientAddress, sizeof(clientAddress));
    • 发送和接收数据：send(clientSocket, buffer, size, 0); recv(clientSocket, buffer, size, 0);
    • 关闭连接：close(clientSocket); close(serverSocket);

  2. 客户端：

    • 创建套接字：int clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    • 连接服务器：struct sockaddr_in serverAddress; serverAddress.sin_family = AF_INET; serverAddress.sin_port = htons(port); serverAddress.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverIP); connect(clientSocket, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress));
    • 发送和接收数据：send(clientSocket, buffer, size, 0); recv(clientSocket, buffer, size, 0);
    • 关闭连接：close(clientSocket);

UDP开发流程：

  1. 服务器端：

    • 创建套接字：int serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    • 绑定地址：struct sockaddr_in serverAddress; serverAddress.sin_family = AF_INET; serverAddress.sin_port = htons(port); serverAddress.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; bind(serverSocket, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress));
    • 接收和发送数据：recvfrom(serverSocket, buffer, size, 0, (struct sockaddr*)&clientAddress, sizeof(clientAddress)); sendto(serverSocket, buffer, size, 0, (struct sockaddr*)&clientAddress, sizeof(clientAddress));
    • 关闭套接字：close(serverSocket);

  2. 客户端：

    • 创建套接字：int clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    • 发送和接收数据：sendto(clientSocket, buffer, size, 0, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)); recvfrom(clientSocket, buffer, size, 0, (struct sockaddr*)&serverAddress, sizeof(serverAddress));
    • 关闭套接字：close(clientSocket);

常用函数的原型和参数用法详解：

  1. socket()函数：
    • 原型：int socket(int domain, int type, int protocol);
    • 参数：
      • domain：地址族，通常为AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）。
      • type：套接字类型，可以是SOCK_STREAM（TCP）或SOCK_DGRAM（UDP）。
      • protocol：协议，通常为0，表示自动选择合适的协议。

2

. bind()函数：

  • 原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  • 参数：
    • sockfd：套接字描述符。
    • addr：指向本地地址结构体的指针。
    • addrlen：地址结构体的长度。

  1. listen()函数：

    • 原型：int listen(int sockfd, int backlog);
    • 参数：
      • sockfd：套接字描述符。
      • backlog：待连接队列的最大长度。

  2. accept()函数：

    • 原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
    • 参数：
      • sockfd：套接字描述符。
      • addr：指向客户端地址结构体的指针，用于存储客户端的地址信息。
      • addrlen：指向地址结构体长度的指针。

  3. connect()函数：

    • 原型：int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
    • 参数：
      • sockfd：套接字描述符。
      • addr：指向目标地址结构体的指针。
      • addrlen：地址结构体的长度。

  4. send()函数：

    • 原型：ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
    • 参数：
      • sockfd：套接字描述符。
      • buf：指向要发送数据的缓冲区的指针。
      • len：要发送的数据的长度。
      • flags：发送标志，通常为0。

  5. recv()函数：

    • 原型：ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
    • 参数：
      • sockfd：套接字描述符。
      • buf：指向接收数据的缓冲区的指针。
      • len：要接收的数据的最大长度。
      • flags：接收标志，通常为0。

  6. sendto()函数：

    • 原型：ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
    • 参数：
      • sockfd：套接字描述符。
      • buf：指向要发送数据的缓冲区的指针。
      • len：要发送的数据的长度。
      • flags：发送标志，通常为0。
      • dest_addr：指向目标地址结构体的指针。
      • addrlen：目标地址结构体的长度。

  7. recvfrom()函数：

    • 原型：ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    • 参数：
      • sockfd：套接字描述符。
      • buf：指向接收数据的缓冲区的指针。
      • len：要接收的数据的最大长度。
      • flags：接收标志，通常为0。
      • src_addr：指向源地址结构体的指针，用于存储源地址信息。
      • addrlen：指向地址结构体长度的指针。

  8. close()函数：

原型：int close(int sockfd);
- 参数：套接字描述符。

通过使用这些函数，可以实现TCP和UDP通信的服务器端和客户端程序。TCP提供可靠的、面向连接的通信，适用于需要确保数据可靠性和顺序性的场景，而UDP提供无连接的通信，适用于实时性要求较高但可靠性要求较低的场景。

三、Socket编程实例

以下是使用C语言通过Socket实现TCP和UDP通信的服务端和客户端通信程序的示例：

TCP通信示例：

服务端（server.c）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int serverSocket, clientSocket;
    struct sockaddr_in serverAddr, clientAddr;
    socklen_t clientAddrLen;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 创建服务端套接字
    serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (serverSocket == -1) {
        perror("Failed to create socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址信息
    memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    // 绑定套接字到指定地址和端口
    if (bind(serverSocket, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == -1) {
        perror("Failed to bind socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接请求
    if (listen(serverSocket, 5) == -1) {
        perror("Failed to listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server listening on port %d...\n", SERVER_PORT);

    // 接受客户端连接
    clientAddrLen = sizeof(clientAddr);
    clientSocket = accept(serverSocket, (struct sockaddr *)&clientAddr, &clientAddrLen);
    if (clientSocket == -1) {
        perror("Failed to accept client connection");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Client connected: %s\n", inet_ntoa(clientAddr.sin_addr));

    // 接收数据
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    if (recv(clientSocket, buffer, BUFFER_SIZE, 0) == -1) {
        perror("Failed to receive data");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Client message: %s\n", buffer);

    // 发送响应
    strcpy(buffer, "Hello, Client!");
    if (send(clientSocket, buffer, strlen(buffer), 0) == -1) {
        perror("Failed to send data");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 关闭套接字
    close(clientSocket);
    close(serverSocket);

    return 0;
}

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客户端（client.c）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int clientSocket;
    struct sockaddr_in serverAddr;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 创建客户端套接字
    clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (clientSocket == -1) {
        perror("Failed to create socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址信息
    memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &(serverAddr.sin_addr)) <=

 0) {
        perror("Failed to set server IP");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 连接到服务器
    if (connect(clientSocket, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == -1) {
        perror("Failed to connect to server");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Connected to server %s:%d\n", SERVER_IP, SERVER_PORT);

    // 发送数据
    strcpy(buffer, "Hello, Server!");
    if (send(clientSocket, buffer, strlen(buffer), 0) == -1) {
        perror("Failed to send data");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接收响应
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    if (recv(clientSocket, buffer, BUFFER_SIZE, 0) == -1) {
        perror("Failed to receive data");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server response: %s\n", buffer);

    // 关闭套接字
    close(clientSocket);

    return 0;
}

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UDP通信示例：

服务端（server.c）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int serverSocket;
    struct sockaddr_in serverAddr, clientAddr;
    socklen_t clientAddrLen;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 创建服务端套接字
    serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (serverSocket == -1) {
        perror("Failed to create socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址信息
    memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    // 绑定套接字到指定地址和端口
    if (bind(serverSocket, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == -1) {
        perror("Failed to bind socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server listening on port %d...\n", SERVER_PORT);

    // 接收数据
    clientAddrLen = sizeof(clientAddr);
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    if (recvfrom(serverSocket, buffer, BUFFER_SIZE, 0, (struct sockaddr *)&clientAddr, &clientAddrLen) == -1) {
        perror("Failed to receive data");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Client message: %s\n", buffer);

    // 发送响应
    strcpy(buffer, "Hello, Client!");
    if (sendto(serverSocket, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *)&clientAddr, clientAddrLen) == -1) {
        perror("Failed to send data");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 关闭套接字
    close(serverSocket);

    return 0;
}

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客户端（client.c）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_IP "127.0.0.1"
#define SERVER_PORT 8080
#define BUFFER_SIZE 1024

int main() {
    int clientSocket;
    struct sockaddr_in serverAddr;
    char buffer[BUFFER_SIZE];

    // 创建客户端套接字


    clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (clientSocket == -1) {
        perror("Failed to create socket");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置服务器地址信息
    memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
    serverAddr.sin_family = AF_INET;
    serverAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    if (inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &(serverAddr.sin_addr)) <= 0) {
        perror("Failed to set server IP");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Connected to server %s:%d\n", SERVER_IP, SERVER_PORT);

    // 发送数据
    strcpy(buffer, "Hello, Server!");
    if (sendto(clientSocket, buffer, strlen(buffer), 0, (struct sockaddr *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == -1) {
        perror("Failed to send data");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接收响应
    memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
    if (recvfrom(clientSocket, buffer, BUFFER_SIZE, 0, NULL, NULL) == -1) {
        perror("Failed to receive data");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("Server response: %s\n", buffer);

    // 关闭套接字
    close(clientSocket);

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这些示例代码分别实现了TCP和UDP的服务端和客户端通信。你可以根据需要进行编译并运行这些代码，它们将在本地主机上创建一个套接字连接，通过网络进行通信。TCP是面向连接的可靠传输协议，而UDP是面向无连接的不可靠传输协议，它们在使用上有一些区别。

TCP相对于UDP具有以下特点：

  • TCP提供可靠的、面向连接的通信，确保数据的准确传输和顺序交付。
  • TCP使用三次握手建立连接，并通过应答机制进行数据的确认和重传，保证数据的可靠性。
  • TCP具有拥塞控制和流量控制的机制，能够根据网络情况动态调整发送速率，防止网络拥塞。
  • TCP适用于对数据准确性要求高、顺序要求严格的应用场景，如文件传输、网页浏览等。

UDP相对于TCP具有以下特点：

  • UDP是无连接的通信协议，发送方将数据以数据包的形式发送给接收方，没有建立和维护连接的过程。
  • UDP不提供数据的可靠性和顺序交付，发送方将数据包发送给接收方后不会进行确认和重传操作。
  • UDP具有较低的延迟和较小的开销，适用于对实时性要求较高、对数据准确性要求相对较低的应用场景，如实时视频、音频传输等。

通过这些示例代码，你可以了解如何使用C语言通过Socket实现TCP和UDP的通信，并了解到TCP和UDP在使用上的差异和

适用场景。你可以根据需要对代码进行修改和扩展，实现更复杂的功能和应用。

总结：
Socket编程是网络编程中的重要技术，通过Socket可以实现不同主机之间的数据通信。本篇博客介绍了Socket编程的基本概念和原理，以及通过一个简单的聊天应用示例展示了其实际应用。深入理解和掌握Socket编程将有助于嵌入式开发者在网络通信领域取得更好的成果。

引用：Linux的SOCKET编程详解

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