网络编程之流式套接字

流式套接字（SOCK_STREAM）是一种网络编程接口，它提供了一种面向连接的、可靠的、无差错和无重复的数据传输服务。这种服务保证了数据按照发送的顺序被接收，使得数据传输具有高度的稳定性和正确性。通常用于那些对数据的顺序和完整性有严格要求的应用。通常由传输控制协议（TCP）来实现。TCP协议通过建立连接、数据分包的编号和确认、以及重传机制等方式来确保数据的可靠传输。尽管这种服务提供了高度的可靠性，但它也可能导致较高的网络资源占用率。

 客户端代码

//客户端
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")//告诉链接器将 ws2_32.lib 这个库文件链接到可执行文件中，以便使用 Windows Sockets API
int main(int argc, char* argv[])
{
WSADATA wsaData;
SOCKET sockClient;//客户端Socket
SOCKADDR_IN addrServer;//服务端地址
WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData);
sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建一个TCP类型的流式Socket。AF_INET指定使用IPv4协议
 
//定义要连接的服务端地址
addrServer.sin_family=AF_INET;
addrServer.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");//127.0.0.1是本地环回地址，因为这里客户端和服务端在同一个主机上
addrServer.sin_port=htons(6000);//连接端口6000
 
//连接到服务端
connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR));
//发送数据
char message[30]="Hello Socket!";//准备要发送的消息，字符串长度限制在 30 字节以内。
send(sockClient,message,strlen(message)+1,0);//要发送的消息的长度，包括字符串结尾的空字符,以确保接收方能正确地识别字符串的结束0。
 
 
//关闭socket
closesocket(sockClient);
WSACleanup();
printf("success!\n");//简单的打印输出，表示程序正常运行
return 0;
}

服务端代码 

//服务端
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
 
int main(int argc, char* argv[]) {
    WSADATA wsaData;
    SOCKET sockServer;
    SOCKADDR_IN addrServer;
    SOCKET sockClient;
    SOCKADDR_IN addrClient;
    
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
    
    sockServer = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    addrServer.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
 
    addrServer.sin_family = AF_INET;
    addrServer.sin_port = htons(6000);//指定服务端的监听端口号为 6000。 
    
    bind(sockServer, (SOCKADDR*)&addrServer, sizeof(SOCKADDR));//bind函数将Socket与指定的地址和端口绑定
    listen(sockServer, 5); //开始监听连接请求，5 表示队列中最多可以容纳 5 个待处理的连接请求。
    
    printf("服务器已启动;\n监听中...\n");
    
    int len = sizeof(SOCKADDR);//用于存储客户端地址信息的结构体的大小
    char recvBuf[100];//用于接收客户端发送的消息的缓冲区。
 
    sockClient = accept(sockServer, (SOCKADDR*)&addrClient, &len);//accept函数接受客户端的连接请求
    recv(sockClient, recvBuf, 100, 0);//接收客户端发送的消息存储在 recvBuf 中。
    printf("%s\n", recvBuf);
    
    closesocket(sockClient);//关闭与客户端的连接套接字
    closesocket(sockServer);//关闭服务端监听套接字
    
    WSACleanup();
    printf("success!\n");//表示正常运行
    return 0;
}

 先运行服务器，开始监听

然后运行客户端

服务器结果如下，收到客户端发来的消息Hello Socket!

套接字函数

1、socket函数：创建一个套接字

socket(AF, type, protocol);

AF：指定套接字使用的地址族，常见的值包括 AF_INET（IPv4 地址族）和 AF_INET6（IPv6 地址族）

type：套接字类型，可选SOCK_STREAM（流式套接字），和 SOCK_DGRAM（数据报套接字）

protocol：指定套接字使用的协议，通常设置为默认0

例如本实验创建一个IPv4 地址族的流式套接字

socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)

2、bind函数：将一个套接字与一个IP地址绑定在一起。

bind(s, sockaddr *name, int namelen)

s：要绑定地址的套接字变量。

name：指向包含地址信息的 sockaddr 结构体的指针。

namelen：name 结构体的长度

客户端套接字在发出连接请求后，由内核自动绑定到一个临时端口和地址上，所以不需要这个函数。而作为服务器，一般是工作在被动连接的方式下，所以必须通过显示的调用bind()将监听套接字绑定到一个端口上，以等待客户端的连接。

例如本实验将套接字sockServer绑定地址为&addrServer上的信息

bind(sockServer, (SOCKADDR*)&addrServer, sizeof(SOCKADDR))

3、listen函数：将指定的套接字设置为监听状态

listen(s, max)

s：要设置为监听状态的套接字变量

max：等待连接队列的最大长度

例如本实验将sockServer设置为监听模式，最多可以同时连接5个客户端

listen(sockServer, 5)

4、connect函数：用于将套接字连接到指定的目标地址

connect(s, sockaddr *name, namelen)

s：请求连接的套接字变量

name： sockaddr 结构体的指针，包含了要连接的目标地址和端口信息

namelen：name 结构体的长度

例如本实验请求连接的套接字是sockClient，要连接的目的地址是&addrServer

connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrServer,sizeof(SOCKADDR))

5、accept 函数：用于接受客户端的连接请求，并创建一个新的套接字来与客户端进行通信。

accept(s, sockaddr *addr, int *addrlen)

s：处于监听状态的套接字

addr：存储客户端地址信息的指针

addrlen：指向一个整数变量的指针，用于存储客户端地址信息的结构体的长度。需要将addrlen设置为 sizeof(struct sockaddr)

例如本实验sockServer处于监听状态，客户端地址为addrClient

sockClient = accept(sockServer, (SOCKADDR*)&addrClient, &len)

6、send函数：向已连接的套接字发送数据

send(s, buf, len)

s：发送数据的套接字变量。

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（以字节为单位）。

调用 send 函数后，它会将指定长度的数据从缓冲区 buf 发送到套接字 s 所连接的目标。

例如本实验sockClient发送数据长度为strlen(message)+1的数据

send(sockClient,message,strlen(message)+1,0)

7、recv函数：用于接收通过已连接套接字传输的数据

recv(s, buf, len)

s：要接收数据的套接字变量

buf：指向接收数据的缓冲区的指针

len：缓冲区长度，即接收数据的最大长度

例如本实验接收sockClient发到recvBuf缓冲区的信息

recv(sockClient, recvBuf, 100, 0)

8、closesocket函数：用于关闭套接字，被关闭的套接字不能再用于任何操作

closesocket(s)

客户端：socket() --> connect() --> send() --> recv() --> close()

服务端：socket() --> bind() --> listen() --> accept() --> recv() --> close()

send函数可以用write函数代替，recv 函数可以用write函数代替，但是send函数和recv函数能在跨平台的网络编程中使用，所以建议使用send和recv以确保更好的可移植性和兼容性。

结构体

1、sockaddr结构体

struct sockaddr {

    unsigned short sa_family; // 地址族，地址的类型，如 AF_INET、AF_INET6

    char sa_data[14]; // 地址数据

};

2、sockaddr_in结构体

struct sockaddr_in {

    short sin_family;           // 地址族，通常设置为 AF_INET（IPv4）

    unsigned short sin_port;    // 端口号，网络字节序

    struct in_addr sin_addr;    // IP地址

    char sin_zero[8];           // 保留字段，通常填充0

};

3、in_addr结构体

struct in_addr {

    unsigned long s_addr;  // 存储 IPv4 地址的 32 位整数，采用网络字节序

};

4、SOCKET结构体

用于声明套接字变量，然后再将这个变量传入套接字函数进行操作

5、WSADATA 结构体

初始化变量，然后将该变量传入WSAStartup()函数，该函数的作用是初始化 Windows Sockets API。告知系统将要使用的套接字库的版本号。如MAKEWORD(2, 2)表示使用版本号为 2.2 的套接字库，程序执行完后使用WSACleanup()函数释放Winsock库的资源