【socket】C语言的Socket网络编程_c语言socket

客户端：

转自：https://blog.csdn.net/cike44/article/details/52756900/

字节流套接口(如tcp套接口)上的read和write函数所表现的行为不同于通常的文件IO。字节流套接口上的读或写输入或输出的字节数可能比要求的数量少，但这不是错误状况，原因是内核中套接口的缓冲区可能已达到了极限。此时所需的是调用者再次调用read或write函数，以输入或输出剩余的字节。 

可以使用readn函数来实现循环读取以解决这个问题：

ssize_t      /* Read "n" bytes from a descriptor. */
readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
    size_t nleft;
    ssize_t nread;
    char *ptr;
    
    ptr = vptr;
    nleft = n;
 
    while (nleft > 0) {
        if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0) {
            if (errno == EINTR)
                nread = 0;  /* and call read() again */
            else
                return(-1);
        } else if (nread == 0)
   
        break;    /* EOF */
 
        nleft -= nread;
        ptr += nread;
    }
    
    return(n - nleft);  /* return >= 0 */
}

socket编程中recv()和read()的使用与区别_HW_Coder0501的博客-CSDN博客_recv

编程知识

网络字节序与主机字节序

主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：

　　a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

　　b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

网络字节序：4个字节的32 bit值以下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此它又称作网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。

所以：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”，即交换三个分组。大致流程如下：

• 客户端向服务器发送一个SYN J
• 服务器向客户端响应一个SYN K，并对SYN J进行确认ACK J+1
• 客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

只有就完了三次握手，但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢？请看下图：

​编辑

图1、socket中发送的TCP三次握手

从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1之后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

总结：客户端的connect在三次握手的第二个次返回，而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

5、socket中TCP的四次握手释放连接详解

上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程，及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程，请看下图：

​编辑

图2、socket中发送的TCP四次握手

图示过程如下：

• 某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M；

• 另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据；

• 一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N；

• 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

 Socket在Linux中的表示

带有ID的文件

• 0：标准输入文件，对应键盘
• 1：标准输出文件，对应显示器

一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数，背后代表的意思可能如下：

• 普通文件
• FIFO
• 管道
• 终端
• 键盘
• 显示器
• 一个网络连接

socket()的返回值就是文件描述符

• read(): 读取远程计算机传来的数据
• write():向远程计算机写入数据

Socket套接字类型

流格式套接字（SOCK_STREAM）

特征

• 数据在传输的过程中不会消失(只要SOCK_STREAM不消失，数据就不会消失)
• 数据按顺序传输
• 数据的发送和接收不同步

流格式套接字内部有一个缓冲区，通过socket传输的数据将保存在这个缓冲区中。接收端手法哦数据后并不是立即读取，只要数据不超过缓冲区容量，接收端可以在缓冲区被填满之后一次性读取，也可以分多次读取。（接收端可以控制数据的读取）

数据报套接字(SOCK_DGRAM)

无连接的套接字，用SOCK_DGRAM表示

只管传输数据，不做数据校验。

优缺点：传输效率快但是不能保证数据的有效性(数据会丢失)

特点：

• 强调快速传输而非传输顺序
• 传输的数据可能丢失也可能损毁
• 限制每次传输的数据大小
• 数据的发送和接收是同步的(也叫：存在数据边界)

QQ视频聊天和语音聊天则使用SOCK_DRRAM来传输数据，首先先保证通信效率，降低延迟，视频和音频即使丢失一小部分数据，也不会对最终数据在终端的显示造成什么大的影响。

计算机网络相关知识点

• IP地址
• MAC地址
• 端口号：一台计算机可以同时提供多种网络服务(Web服务，FTP服务，SMTP服务),为区分不同的网络程序，计算机会为每个网络程序分配一个独一无二的端口号，不同计算机上的使用同一个端口通信的计算机可以通过这个端口号进行数据通信

Socket缓冲区

• 输入缓冲区
• 输出缓冲区

write()/send()先将数据写入到缓冲区内部，再根据TCP协议将缓冲区中的数据发送到目标机器，一旦将数据写入缓冲区，函数就返回，不管后面的机器发送数据的过程。

read()/recv()函数从缓冲区读取数据，而不是从网络中读取数据。

缓冲区特性：

• I/O缓冲区再每个套接字中单独存在
• I/O缓冲区在创建套接字时自动生成
• 即使关闭套接字也会继续传送输出缓冲区中遗留的数据
• 关闭套接字将丢失输入缓冲区中的数据

获取输入输出黄忠的大小：getsockopt()

unsigned optVal;
int optLen = sizeof(int);
getsockopt(servSock, SOL_SOCKET, SO_SNDBUF, (char*)&optVal, &optLen);
printf("Buffer length: %d\n", optVal);

阻塞IO

使用write()/send()发送数据时

1. 先检查缓冲区，如果缓冲区的可用空间长度小于要发送的数据，则write()/send()会被阻塞，直到缓冲区中的数据被成功发送，缓冲区为空，才唤醒write()/send()继续写入数据
2. 如果程序在TCP协议下正在向网络发送数据，那么输出缓冲区会被锁定，不允许写入，write()/send()函数会被阻塞，直到数据发送完毕，才对缓冲区解锁，才将write()/send()唤醒
3. 如果要写入的数据大于缓冲区的最大长度，则将分批写入
4. 直到所有的数据被写入缓冲区write()/send()才能返回

当使用read()/recv()读取数据时：

1. 先检查缓冲区，如果缓冲区中有数据，则读取；否则函数被阻塞，直到网络上有数据来
2. 如果要读取的数据长度小于缓冲区中的数据长度，则不能一次性将缓冲区中的所有数据读出，剩余数据将不断积压，直到有 read()/recv()函数再次读取。
3. 直到读取到数据后，read()/recv()函数才会返回，否则一直被阻塞

什么是TCP的粘包问题

对于Socket方式的数据发送和接收方式而言，数据的接收和数据发送是无关的，不管数据通过write()/send()发送了多少次，都会尽可能多的发送数据，根据上面的Socket中的内容可以看出，在服务端，只要你缓冲区为空，我就唤醒write()/send()进行数据的发送；而在服务端我则是等待read()/recv()可用的情况才对缓冲区中的数据进行读取，如此便会出现服务端和客户端数据发送/接收数据速率不同步的问题。因此可能会出现数据的**粘包问题。**举例如下：例如客户端向服务器第一次发送 1，第二次发送 3，服务器可能当成 13 来处理。

可以在上面的章节"Windows系统Socket通信程序Demo"让服务器线程在接收客户端数据前等待足够长的一段时间，比如:Sleep(10000);。可以很容易观测到客户端程序多次发送的数据在服务器端形成了"粘包问题"。

摘自：你不懂TCP/IP编程，面试官连面试你的机会都不给你！ - 知乎

6、一个例子（实践一下）

说了这么多了，动手实践一下。下面编写一个简单的服务器、客户端（使用TCP）——服务器端一直监听本机的6666号端口，如果收到连接请求，将接收请求并接收客户端发来的消息；客户端与服务器端建立连接并发送一条消息。

服务器端代码：

#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h> 
#include<string.h> 
#include<errno.h> 
#include<sys/types.h> 
#include<sys/socket.h> 
#include<netinet/in.h> 
#define MAXLINE 4096 
int main(int argc, char** argv) 
{ 
    int listenfd, connfd; 
    struct sockaddr_in servaddr; 
    char buff[4096]; int n; 
    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 )
    { 
        printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
        exit(0); 
    } 
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); 
    servaddr.sin_family = AF_INET; 
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);             
    servaddr.sin_port = htons(6666); 
    if( bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1)
    { 
        printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
        exit(0); 
    } 
    if( listen(listenfd, 10) == -1)
    { 
        printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
        exit(0); 
    } 
    printf("======waiting for client's request======\n"); 
    while(1)
    { 
        if( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1)
        { 
            printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno); 
            continue; 
        } 
        n= recv(connfd, buff, MAXLINE, 0); 
        buff[n] = '\0'; 
        printf("recv msg from client: %s\n", buff); 
        close(connfd); 
    } 
    close(listenfd); 
}

客户端代码：

#include<stdio.h> 
#include<stdlib.h> 
#include<string.h> 
#include<errno.h> 
#include<sys/types.h> 
#include<sys/socket.h> 
#include<netinet/in.h> 
#define MAXLINE 4096 
int main(int argc, char** argv) 
{ 
    int sockfd, n; 
    char recvline[4096], sendline[4096]; 
    struct sockaddr_in servaddr; 
    if( argc != 2)
    { 
        printf("usage: ./client <ipaddress>\n"); 
        exit(0); 
    } 
    if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    { 
        printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno);
        exit(0); 
    }
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); 
    servaddr.sin_family = AF_INET; 
    servaddr.sin_port =htons(6666); 
    if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
    { 
        printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]); 
        exit(0); 
    } 
    if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
    { 
        printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); 
        exit(0); 
    } 
    printf("send msg to server: \n"); fgets(sendline, 4096, stdin); 
    if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0) 
    { 
        printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
     exit(0); 
    } 
    close(sockfd); 
    exit(0); 
}

当然上面的代码很简单，也有很多缺点，这就只是简单的演示socket的基本函数使用。其实不管有多复杂的网络程序，都使用的这些基本函数。上面的服务器使用的是迭代模式的，即只有处理完一个客户端请求才会去处理下一个客户端的请求，这样的服务器处理能力是很弱的，现实中的服务器都需要有并发处理能力！为了需要并发处理，服务器需要fork()一个新的进程或者线程去处理请求等。

7、动动手

留下一个问题，欢迎大家回帖回答！！！是否熟悉Linux下网络编程？如熟悉，编写如下程序完成如下功能：

服务器端：

接收地址192.168.100.2的客户端信息，如信息为“Client Query”，则打印“Receive Query”

客户端：

向地址192.168.100.168的服务器端顺序发送信息“Client Query test”，“Cleint Query”，“Client Query Quit”，然后退出。

题目中出现的ip地址可以根据实际情况定。

1、运行SQLPLUS工具

　　C:\Users\wd-pc>sqlplus

2、直接进入SQLPLUS命令提示符

　　C:\Users\wd-pc>sqlplus /nolog

3、以OS身份连接 

　　C:\Users\wd-pc>sqlplus / as sysdba   或

　　SQL>connect / as sysdba

4、普通用户登录

　　C:\Users\wd-pc>sqlplus scott/123456 　或

　　SQL>connect scott/123456  或

　　SQL>connect scott/123456@servername

5、以管理员登录

　　C:\Users\wd-pc>sqlplus sys/123456 as sysdba　或

　　SQL>connect sys/123456 as sysdba

6、切换用户

　　SQL>conn hr/123456 

　　注：conn同connect

 7、退出

　　exit

原文;socket编程——一个简单的例子_find12的博客-CSDN博客_socket编程

接口函数(API)

3.1、socket()函数

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

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：

• domain：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
• type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
• protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。

注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

3.2、bind()函数

正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函数的三个参数分别为：

• sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
• addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同，如ipv4对应的是： 

  struct sockaddr_in {
      sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
      in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
      struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
  };
   
  /* Internet address. */
  struct in_addr {
      uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
  };
  

  ipv6对应的是： 

  struct sockaddr_in6 { 
      sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
      in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
      uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
      struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
      uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
  };
   
  struct in6_addr { 
      unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
  };
  

  Unix域对应的是： 

  #define UNIX_PATH_MAX    108
   
  struct sockaddr_un { 
      sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
      char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ 
  };
  addrlen：对应的是地址的长度。
  

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

3.3、listen()、connect()函数

如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

3.4、accept()函数

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

注意：accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字；而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

3.5、read()、write()等函数

万事具备只欠东风，至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了，即实现了网咯中不同进程之间的通信！网络I/O操作有下面几组：

• read()/write()
• recv()/send()
• readv()/writev()
• recvmsg()/sendmsg()
• recvfrom()/sendto()

我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下：

      #include <unistd.h>
 
       ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
       ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
 
       #include <sys/types.h>
       #include <sys/socket.h>
 
       ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
       ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
 
       ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
       ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
 
       ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
       ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的，如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。

其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了，具体参见man文档或者baidu、Google，下面的例子中将使用到send/recv。

3.6、close()函数

在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

#include <unistd.h>
int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。