本文主要是在Linux环境下编写socket程序，本次实现简单TCPserver和client以及echo server和echo client

什么是Socket

Socket中文译名套接字, 是一个当时没有在计网中讲到的知识, 但确实是极其重要的一个知识点, 他是基于TCP/IP协议的封装抽象层, 它对于TCP协议进行了封装, 使得其现在已经成为了最为通用的网络通信接口/应用程序接口.
关于TCP协议可以看下面这篇文章

https://tools.ietf.org/html/rfc793

为什么会有Socket

我们知道, 服务/服务器其实是有很大可能不存在于一个计算机上的, 这就有了客户端与服务端, 在服务器之间, 也是需要存在连接通信的, 所以需要有一个用于进行通信的通用 可编程 接口, 这就是socket, 他对于 server 和 client 之间架起了一道桥, 让 server 与 port 绑定, 让 client 与 ip:port 连接, 这样就相当于 client 进程与 server 进程之间有了像是管道一样的通信, 不过这个通信是全双工的.

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我们回顾TCP状态转换图

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在这里能够找到许多socket封装的影子, 从客户端来看

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则更加明显

学习Linux 下的网络编程(socket编程)

创建套接字

int socket(int domain, int type, int protocol)
return : 文件描述符 / or not -1
domain: 套接字所使用的协议簇
type: 套接字数据传输类型
protocol: 套接字所使用的协议

文件描述符(windows下称之为句柄):

系统分配给文件或套接字的一个整数:

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https://segmentfault.com/a/1190000009724931

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协议簇:
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套接字类型:
  1. SOCK_STREAM(流式)(面向连接)
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  2. SOCK_DGRAM(包式)(面向消息)
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协议
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sockaddr_in

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网络字节序

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IntelCPU默认都是小端序, 而网络连接统一都是大端序

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TCPserver/client

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所以又回到了最最上面的第一个图:

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accept()
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sock: 利用socket()函数建立的sock
addr: 地址变量
addlen: 结构体长度

connect()
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实现简单的server/client

Server

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// Created by xmmmmmovo on 2020/4/16.
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#include <arpa/inet.h>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

using std::string;
using std::to_string;

void error_handler(char *message);

int main(int argc, char *argv[]) {
    int serv_sock, clnt_sock;

    struct sockaddr_in serv_addr {};
    struct sockaddr_in clnt_addr {};
    socklen_t clnt_addr_size;

    string message = "Hello World!";

    if (argc != 2) {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (serv_sock == -1) {
        error_handler("socket() error");
    }

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));// 初始化内存

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// 当前主机ip
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
        error_handler("bind() error");
    }

    if (listen(serv_sock, 5) == -1) {
        error_handler("listen() error");
    }

    clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *) &clnt_addr, &clnt_addr_size);
    if (clnt_sock == -1) {
        error_handler("accept() error");
    }

    for (int i = 1; i < 4; ++i) {
        sleep(rand() % 2);
        string tmp = message + to_string(i);
        write(clnt_sock, tmp.c_str(), tmp.size());
    }

    // write(clnt_sock, message.c_str(), message.size());// 连接之后直接向client写入数据
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
}

void error_handler(char *message) {
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(0);
}

client

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#include <arpa/inet.h>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

using std::string;

void error_handler(char *messgae);

int main(int argc, char *argv[]) {
    int sock;
    sockaddr_in serv_addr{};
    int str_len = 0;
    int idx = 0, read_len = 0;
    string message;// 信息流
    message.resize(100, '\0');

    if (argc != 3) {
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1) {
        error_handler("socket() error");
    }


    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    // 这里会自动将ip字符串转换为uint32_t类型IP数字
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if (connect(sock, (sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
        error_handler("connect() error!");
    }
    bool check = false;

    // 每次只读出一个字节
    while (read_len = read(sock, &message[idx++], 1)) {
        if (str_len == -1) {
            if (check)
                error_handler("read() error!");
            else
                sleep(3);
        }

        str_len += read_len;
    }

    printf("Message from server is : %s \n", message.c_str());
    printf("Function read call count : %d \n", str_len);
    close(sock);
    return 0;
}

void error_handler(char *message) {
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(0);
}

结果

可以看到 client 成功接受到了流字符:

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同时 server 也发送成功结束了程序:

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实现echo服务器

Server

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// Created by xmmmmmovo on 2020/4/16.
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#include <arpa/inet.h>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

using std::stoi;
using std::string;
using std::to_string;

constexpr int BUF_SIZE = 1024;

void error_handler(char *message);

int main(int argc, char *argv[]) {
    int serv_sock, clnt_sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int size_len = 4;
    char size_buf[size_len];
    sockaddr_in serv_addr{}, clnt_addr{};
    socklen_t clnt_addr_size;
    int str_len = 0;

    if (argc != 2) {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (serv_sock == -1) {
        error_handler("socket() error");
    }

    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));// 初始化内存

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// 当前主机ip
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
        error_handler("bind() error");
    }

    if (listen(serv_sock, 5) == -1) {
        error_handler("listen() error");
    }

    clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);// 算长度

    ///主体
    for (int i = 0; i < 5; ++i) {
        clnt_sock = accept(serv_sock, (sockaddr *) &clnt_addr, &clnt_addr_size);
        if (clnt_sock == 1) {
            error_handler("accept() error!");
        } else {
            printf("Connected client %d \n", i + 1);
        }


        while (true) {
            if ((str_len = read(clnt_sock, size_buf, size_len)) != 0) {
                if ((str_len = read(clnt_sock, message, stoi(size_buf))) != 0) {
                    write(clnt_sock, size_buf, size_len);
                    write(clnt_sock, message, str_len);
                } else {
                    break;
                }
            } else {
                break;
            }
        }

        close(clnt_sock);
    }
    ///

    close(serv_sock);
    return 0;
}

void error_handler(char *message) {
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(0);
}

Client

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// Created by xmmmmmovo on 2020/4/16.
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#include <arpa/inet.h>
#include <cstdio>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include <string>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>

using std::stoi;
using std::string;
using std::to_string;

constexpr int BUF_SIZE = 1024;

void error_handler(char *messgae);

int main(int argc, char *argv[]) {
    int sock;
    sockaddr_in serv_addr{};
    int str_len = 0;
    char message[BUF_SIZE];

    if (argc != 3) {
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1) {
        error_handler("socket() error");
    }


    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    // 这里会自动将ip字符串转换为uint32_t类型IP数字
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if (connect(sock, (sockaddr *) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) {
        error_handler("connect() error!");
    } else {
        puts("Connected......");
    }

    while (true) {
        fputs("Input message(Q/q to quit): ", stdout);
        std::fgets(message, BUF_SIZE, stdin);

        if (!strcmp(message, "q\n") || !strcmp(message, "Q\n")) {
            break;
        }

        int l = strlen(message);
        printf("len = %d\n", l);
        string s = to_string(l);
        s.resize(4);
        write(sock, s.c_str(), 4);
        write(sock, message, strlen(message));
        char buf[4];
        str_len = read(sock, buf, 4);
        str_len = read(sock, message, stoi(buf));
        message[str_len] = 0;
        printf("Message from server: %s\n", message);
    }


    close(sock);
    return 0;
}

void error_handler(char *message) {
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(0);
}

结果

client:

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server:

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