Socket编程实践

之前写过socket编程的原理 , 正好高级网络实验课要写socket程序，故总结一下实践中的一些问题。

Winsock实现

由于我的系统是windows，所以采用Winsock接口。

MFC提供了两个类用以封装Windows Sockets API

• CAsyncSocket类：具有一定网络编程经验的开发人员
• CSocket类：由CAsyncSocket类派生，简化网络编程

需要包含Winsock2.h，Winsock32.dll和ws2_32.lib

端口选择：端口1024以前的端口号都是系统保留的或是作为公共服务的，应尽量选择大于1024的端口号

WinSock初始化

Windows 下的 socket 程序依赖 Winsock.dll 或 ws2_32.dll，必须提前加载。

调用任何一个Winsock函数之前都必须检查协议栈安装情况，使用函数WSAStartup() 调用winsock DLL

#include <WinSock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")  //加载 ws2_32.dll

void main()
{
	WORD wVersionRequested; //指定使用的版本号
	WSADATA wsaData;   //返回关于Winsock实现的详细信息
	wVersionRequested = MAKEWORD(2, 2); // 用宏获得版本号
	if (WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData) != 0)//初始化ws2_32.dll动态库
	{
		printf("WSAStartup() failed!\n");//Winsock初始化错误	
		exit(-1);
	}
	if (wsaData.wVersion != wVersionRequested)
	{
		printf("The version of Winsock is not suited!\n");//Winsock版本不匹配		
		WSACleanup();//结束对ws2_32.dll的调用
		exit(-1);
	}
	//说明ws2_32.dll正确加载
	printf("Load ws2_32.dll successfully!\n");
	system("pause");
}

创建套接字

当type指定为SOCK_STREAM或SOCK_DGRAM时，因为系统已明确使用tcp和udp来工作，protocol可指定为0

#define SERV_PORT 6789  // 定义端口
#define SERV_IP "127.0.0.1"  //定义IP

/* 创建套接字*/
SOCKET ssock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 设置IP地址族，socket类型，协议类型,创建一个套接字
//初始化socket addr_in结构
sockaddr_in server;
memset(&server, 0, sizeof(server));  //数据清零
server.sin_family = AF_INET;  // IP地址类型
server.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP);  //将IP转成网络字节序
server.sin_port = htons(SERV_PORT); //将端口号转为网络字节序
printf("Socket OK!\n");

编译时报错：Use inet_pton() or InetPton() instead or define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS to disable deprecated API warnings

问题的解决：
1、用所提示的新函数代替inet_addr函数。
2、修改VS配置，告诉它我就要旧函数，修改方法：项目->属性->C/C++->常规->SDL检查，将“是”改为“否”，即可

主机序与网络字节序

主机序：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。分为大端和小端两种方式

测试主机序

#include <stdio.h>
//判断本机的字节序
//返回true表为小段序。返回false表示为大段序
bool am_little_endian ()
{ 
    unsigned short i=1;
 	return (int)*((char *)(&i)) ? true : false;
}
int main()
{  
    if(am_little_endian())  printf("本机字节序为小段序!\n"); 
 	else  printf("本机字节序为大段序!\n"); 
 	return 0;
}

本机测试结果为：小端序

网络字节序：TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用big endian排序方式。

于是，在数据处理时涉及到字节顺序转换的问题。这里用inet_addr htons 处理

绑定端口(服务器)

/*绑定套接字和端口 */
int iSockErr =0;
//建立一个绑定，参数类型需要强转,中间的参数表示指向SOCKADDR结构的地址
iSockErr = bind(ssock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(sockaddr)); 
if (iSockErr == SOCKET_ERROR) {
	WSAGetLastError();//根据不同的错误类型进行不同的处理
	exit(1);
}
printf("Bind OK!\n");

监听端口(服务器)

/* 监听连接请求 */
	iSockErr = listen(ssock, 128); // 限定同时建立连接的客户端数量
	if (iSockErr == SOCKET_ERROR) {
		WSAGetLastError();//根据不同的错误类型进行不同的处理
		exit(1);
	}
	printf("Listenning......\n");

发起连接(客户端)

在客户端使用connect请求建立连接时，将激活建立连接的三次握手，用来建立一条到服务器TCP的连接。

/* 发起连接请求*/
int iSockErr = 0;
iSockErr = connect(sock, (struct sockaddr*)&server, sizeof(sockaddr));
if (iSockErr == SOCKET_ERROR) {
	WSAGetLastError();//根据不同的错误类型进行不同的处理
	exit(1);
}

处理连接请求(服务器)

accept用于面向连接的服务器端，在IP协议族中，只用于TCP服务器端

accept接受一个socket的连接请求，同时返回一个新的socket，新的socket用来在服务器与客户端之间传递和接收信息

此时socket表示处于监听状态的socket，地址是客户机的IP地址

/*阻塞等待客户端发起连接，三次握手成功建立连接后会返回一个新的文件描述符指向客户端socket,用于真正数据传输*/
	SOCKADDR client;
	int nSize = sizeof(SOCKADDR);
	SOCKET csock = accept(ssock, (SOCKADDR*)&client, &nSize);
	printf("Connect OK!\n");

获取客户端的数据并处理(服务器)

// 客户端
	while (1)
	{
		char buffer[1024] = "\0";
		printf("Input the string you want transfer-------------\n");
		scanf("%s", buffer);
		if (send(sock, buffer, sizeof buffer, 0) != SOCKET_ERROR)
		{
			if (recv(sock, buffer, sizeof buffer, 0) != SOCKET_ERROR)
				printf("Received datagram from TCP server:%s\n", buffer);
		}
	}

// 服务器
	while (1)
	{
		char buffer[1024] = "\0";
		printf("Waiting for message from client-------------\n");
		if (recv(csock, buffer, sizeof buffer, 0) != SOCKET_ERROR) //从recv缓冲区读入数据，没有数据会阻塞
		{
			for (int i = 0; i < sizeof buffer; i++) {
				char ch = buffer[i];
				if (ch >= 'a'&&ch <= 'z')
					buffer[i] = ch - 32;
			}
			////给cilent发转为大写的数据
			send(csock, buffer, sizeof buffer, 0);

		}
		Sleep(500);
	}

关闭套接字

//关闭套接字
closesocket(ssock);
closesocket(csock);

//终止 DLL 的使用
WSACleanup();

Linux实现

Windows 下的 socket 程序和 Linux 思路相同，但细节有所差别：

1) Windows 下的 socket 程序依赖 Winsock.dll 或 ws2_32.dll，必须提前加载。

2) Linux 使用“文件描述符”的概念，而 Windows 使用“文件句柄”的概念；Linux 不区分 socket 文件和普通文件，而 Windows 区分；Linux 下 socket() 函数的返回值为 int 类型，而 Windows 下为 SOCKET 类型，也就是句柄。

3) Linux 下使用 read() / write() 函数读写，而 Windows 下使用 recv() / send() 函数发送和接收。

4) 关闭 socket 时，Linux 使用 close() 函数，而 Windows 使用 closesocket() 函数。

服务器端

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h> // 包含 sockaddr_in 结构体
#include <ctype.h> // 大小写转换
#include <string.h> // 包含bzero
#define SERV_PORT 6666
#define SERV_IP "127.0.0.1"

int main() {
	int lfd,cfd;
	struct sockaddr_in serv_addr,client_addr;
	socklen_t client_addr_len,client_IP_len;
	char buf[BUFSIZ],client_IP[BUFSIZ];
	int n,ret;

	lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建一个套接字，返回文件描述符指向服务器socket
	if (lfd == -1) {
		perror("socket error"); // 如果在连接状态先关掉server，那么并不会真正关闭，端口还占用，下一次启动就会出现问题
		exit(1);
	}

	//结构体初始化
	bzero(&serv_addr, sizeof(serv_addr)); // 缓冲区清零
	serv_addr.sin_family = AF_INET; // IP地址类型
	serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT); //将端口号转为网络字节序
	serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //将IP转成网络字节序，INADDR_ANY自动获取当前网卡上有效IP

	ret = bind(lfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)); //建立一个绑定，参数类型需要强转
	if (ret == -1) {
		perror("bind error"); 
		exit(1);
	}

	ret = listen(lfd, 128); // 限定同时建立连接的客户端数量
	if (ret == -1) {
		perror("listen error");
		exit(1);
	}

	client_addr_len = sizeof(client_addr);
	//阻塞等待客户端发起连接，三次握手成功建立连接后会返回一个新的文件描述符指向客户端socket,用于真正数据传输
	cfd = accept(lfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len); 
	if (cfd == -1) {
		perror("accept error"); // 如果在连接状态先关掉server，那么并不会真正关闭，端口还占用，下一次启动就会出现问题
		exit(1);
	}

	printf("client IP：%s,client port:%d\n", 
		inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr.s_addr,client_IP,sizeof(client_IP),
			ntohs(client_addr.sin_port));

	while (1) {
		n = read(cfd, buf, sizeof(buf));  //从read缓冲区读入数据，没有数据会阻塞
		for (int i = 0; i < n; i++) {
			buf[i] = toupper(buf[i]);
		}
		write(cfd, buf, n); // socket双向通信，故有两个缓冲区，双向全双工
		// read 和 write 缓冲区在内核中， 而char buf[] 是用户定义的，在stack中
	}

	close(lfd);
	close(cfd);

	return 0;

}

客户端

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h> // memset 的头文件
#include <arpa/inet.h> // 包含 sockaddr_in 结构体

#define SERV_PORT 6666
#define SERV_IP "127.0.0.1"

int main() {
	int cfd;
	struct sockaddr_in serv_addr;
	// socklen_t serv_addr_len;
	char buf[BUFSIZ];
	int n;

	cfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	//结构体初始化
	memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr); // 指针清空，防止默认取随机值
	serv_addr.sin_family = AF_INET; // IP地址类型
	serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT); //将端口号转为网络字节序
	inet_pton(AF_INET, SERV_IP, &serv_addr.sin_addr.s_addr); 

	connect(cfd,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr)); // linux 会隐式bind

	while (1)
	{
		fgets(buf, sizeof(buf), stdin);//输入要处理的数据，没有数据会阻塞
		write(cfd, buf, strlen(buf); // 将从键盘接收的数据写入write 
		n = read(cfd, buf, sizeof(buf));
		write(STDOUT_FILENO, buf, n);
	}
	
	close(cfd);

	return 0;
}