网络编程（Socket）概述

引入

前面几个章节讲的进程间通讯均基于同一台Linux内核实现的，因此无法实现多机（和手机、单片机、X86架构等）通讯，因此引入网络通讯，入门先学习Socket（又叫做套接字）网络编程。

问题：两台计算机实现TCP(通过socket编程)通信时，要用到线么？？总感觉仅仅通过代码就能建立连接不太靠谱。
回答：TCP连接的基础就是网络连接已经建立好之后，所以物理连接肯定是基础。至于物理连接有很多种，可以是有线的、也可以是无线的，只要协议支持TCP/IP协议就可以。

网络编程通识扫盲

socket套接字

socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，都可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现， socket即是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操作（读/写IO、打开、关闭）。

Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

套接字描述符

其实就是一个整数，我们最熟悉的句柄是0、1、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr。当应用程序要创建一个套接字时，操作系统就返回一个小整数作为描述符，应用程序则使用这个描述符来引用该套接字需要I/O请求的应用程序请求操作系统打开一个文件。操作系统就创建一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看，文件描述符是一个整数，应用程序可以用它来读写文件。

字节序

字节序就是字节存储的顺序（从高地址开始存储还是从低地址开始存储），在网络编程中要注意相关协议使用的字节序，防止数据传输出错。具体使用的是字节序转换api，配合端口号使用。

socket编程步骤

模拟场景：

步骤介绍：

Linux提供的API简析

创建套接字即连接协议[socket]（服、客）

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

绑定IP和端口[bind]（服）

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

struct sockaddr 这个结构体一般同等替代成struct sockaddr_in，使用的时候注意新结构体的类型强制转换。

地址转换api

 int inet_aton(const char *straddr, struct in_addr *addrp);char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);

字节序转换api

监听[listen]（服）

int listen(int sockfd, int backlog);

backlog：支持最大的连接数

接受连接[accept]（服）

三次握手成功就建立accept连接。函数里面的结构体存放客户端的IP和端口号等信息!

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

数据收发[read、write]（服、客）

和文件read、write用的同一个api。底下最后两对一般用于UDP

数据收发第二套API，多了flags控制参数

客户端的[connect]函数（客）

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

socket服务端代码实现

利用telnet的方式进行通信，目前还没有写客户端的代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int s_fd;int c_fd;int n_read;int n_write;char readBuf[128];char *returnMsg="我收到了你的信息";//发送给客户端的消息 尽量不使用数组struct sockaddr_in c_addr;struct sockaddr_in s_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空 再配置//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);s_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//ipv4   tcp协议if(s_fd == -1){printf("创建socket失败");perror("socket:");exit(-1);}//2.bind  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);s_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4s_addr.sin_port=htons(8687);//端口号，选择5000以上(有些端口被系统调用)。honts返回网络字节序//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)inet_aton("192.168.103.49",&s_addr.sin_addr)//inet_aton("127.0.0.1",&s_addr.sin_addr);//sin_addr是结构体sockaddr_in里面的结构体 存放IP（下面有查找到原型）   然后转换为网络能识别的格式//或者使用ifconfig命令查到实际本机的IP也可以bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));//结构体类型转换，因为用的同等替换的结构体sockaddr_in//3.listen int listen(int sockfd, int backlog);listen(s_fd,10);//监听10个连接//4.accept int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);int client=sizeof(struct sockaddr_in);       //要求用指针（存放长度）c_fd=accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&client);//sockaddr_in进行类型强转 存放客户端信息if(c_fd == -1){printf("连接失败\n");perror("accept:");exit(-1);}//客户端printf("客户端的ip：%s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr)); //把网络格式的ip地址打印成字符串格式//5.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);n_read=read(c_fd,readBuf,128);  //c_fd客户端if(n_read == -1){perror("read:");}else{printf("得到的消息:%d,%s\n",n_read,readBuf);}//6.write ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));return 0;
}

运行结果（客户端发送 huai dan）：

Tips：在user/include目录下查找头文件。查找结构体sockaddr_in的定义原型、使用了哪个头文件时，我们可以用grep xx* -nir 来实现（n:显示行号；i：不区分大小写；r：递归）。

进去就能找到这个结构体原型啦：

socket客户端代码实现

客户端向服务端发送消息，实现通信（只能进行一次通讯）。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int c_fd;int n_read;int n_write;int c_connect;char readBuf[128];char *returnMsg="这是来自客户端的信息";struct sockaddr_in c_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);c_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//ipv4   tcp协议if(c_fd == -1){printf("创建socket失败");perror("socket:");exit(-1);}c_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4c_addr.sin_port=htons(8687);//端口号，选择5000以上。honts返回网络字节序//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)inet_aton("192.168.103.49",&c_addr.sin_addr);//转换为网络能识别的格式//2.connect  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);c_connect=connect(c_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr));if(c_connect == -1){printf("连接失败\n");perror("connect:");}//3.write/send ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));//注意和sizeof的使用区别//4.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);n_read=read(c_fd,readBuf,128);if(n_read == -1){perror("read:");}else{printf("来自服务端的消息:%d,%s\n",n_read,readBuf);}//5.close     int close(int fd);close(c_fd);return 0;
}

运行结果：

实现双方（多方）一直聊天

本质就是上面的代码加入while循环，实现不断的消息收发。

其中服务端使用了两次fork():

• 第一次是在accept后（即三次握手成功后）创建进程，实现和多个客户端的通信；
• 第二次fork()创建进程应用在和客户端通信“写”的过程，而“读”放在while循环中，这样就实现了读和写并行运行。

客户端仅用fork创建了一个进程，同样应用在“写”，“读”放在while循环中，这样就实现了读和写并行运行。

服务端代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int s_fd;int c_fd;int n_read;int n_write;char readBuf[128];char returnMsg[128]={0};struct sockaddr_in c_addr;struct sockaddr_in s_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空if(argc != 3){printf("参数出错\n");exit(-1);}//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);s_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//ipv4   tcp协议if(s_fd == -1){printf("创建socket失败");perror("socket:");exit(-1);}//2.bind  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);s_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4s_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//端口号，选择5000以上。honts返回网络字节序,atoi(argv[2])防止端口被占用//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)inet_aton(argv[1],&s_addr.sin_addr);//转换为网络能识别的格式bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));//3.listen int listen(int sockfd, int backlog);listen(s_fd,10);//监听10个连接//4.accept int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);int client=sizeof(struct sockaddr_in);while(1){//不断接收客户端c_fd=accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&client);if(c_fd == -1){printf("连接失败\n");perror("accept:");exit(-1);}printf("客户端的ip：%s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr)); //把网络格式的ip地址打印成字符串格式if(fork() == 0){if(fork() == 0){while(1){//不断写入memset(returnMsg,0,sizeof(returnMsg));printf("请输入：\n");gets(returnMsg);//6.write ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));}}while(1){//不断读取//5.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));//不断清空数据防止数据重复出现n_read=read(c_fd,readBuf,128);if(n_read == -1){perror("read:");}else{printf("得到的消息:%d,%s\n",n_read,readBuf);}}}}return 0;
}

客户端代码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int ret;int c_fd;int n_read;int n_write;int c_connect;char readBuf[128];char returnMsg[128]={0};char *quit="quit";struct sockaddr_in c_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空if(argc != 3){printf("参数出错\n");exit(-1);}//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);c_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//ipv4   tcp协议if(c_fd == -1){printf("创建socket失败");perror("socket:");exit(-1);}c_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4c_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//端口号，选择5000以上。honts返回网络字节序//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)inet_aton(argv[1],&c_addr.sin_addr);//转换为网络能识别的格式//2.connect  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);c_connect=connect(c_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr));if(c_connect == -1){printf("连接失败\n");perror("connect:");}while(1){if(fork() == 0){while(1){//不断写入memset(returnMsg,0,sizeof(returnMsg));printf("请输入:\n");gets(returnMsg);//3.write/send ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));if(strcmp(quit,returnMsg) == 0){//如果输入quit则客户端就退出exit(0);}}}while(1){//不断读取memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));//不断清空数据防止数据重复出现//4.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);n_read=read(c_fd,readBuf,128);if(n_read == -1){perror("read:");}else{printf("来自服务端的消息:%d,%s\n",n_read,readBuf);}}//5.close     int close(int fd);close(c_fd);}return 0;
}

结果：

多方消息收发

上一节代码其实已经可以实现多方通信了，不过存在两个问题：

• 1、客户端发消息回车的那一瞬间，光标不知道被哪个进程抢到了，也就是说服务器同一时刻发送的消息，不能确定哪个客户端子进程收到消息。
• 2、客户端之间无法进行互相通讯。

下面的demo加入了类似心跳包的功能，用来说明服务端其实是知道哪个客户端发来的消息，并且每隔两秒给每个客户端回复。

如果想要完全实现类似QQ聊天机制，思路就是将服务端作为中转站，客户端和客户端之间通过服务器完成聊天功能。当然客户端之间要提前建立“好友”关系，所谓的好友关系可以通过sqlite数据库存储每个客户端的IP、端口、账号等信息，然后服务端后台对这些进行逻辑处理，实现客户端之间的类似QQ聊天机制。

服务端代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int mark=0;int s_fd;int c_fd;int n_read;int n_write;char readBuf[128];char returnMsg[128]={0};struct sockaddr_in c_addr;struct sockaddr_in s_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));memset(&s_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空if(argc != 3){printf("参数出错\n");exit(-1);}//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);s_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//ipv4   tcp协议if(s_fd == -1){printf("创建socket失败");perror("socket:");exit(-1);}//2.bind  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);s_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4s_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//端口号，选择5000以上。honts返回网络字节序,atoi(argv[2])防止端口被占用//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)inet_aton(argv[1],&s_addr.sin_addr);//转换为网络能识别的格式bind(s_fd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(struct sockaddr_in));//3.listen int listen(int sockfd, int backlog);listen(s_fd,10);//监听10个连接//4.accept int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);int client=sizeof(struct sockaddr_in);while(1){//不断接收客户端c_fd=accept(s_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,&client);if(c_fd == -1){printf("连接失败\n");perror("accept:");exit(-1);}printf("客户端的ip：%s\n",inet_ntoa(c_addr.sin_addr)); //把网络格式的ip地址打印成字符串格式mark++;if(fork() == 0){if(fork() == 0){while(1){sprintf(returnMsg,"欢迎第%d号客户端",mark);//6.write ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));sleep(20);}}while(1){//5.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));n_read=read(c_fd,readBuf,128);if(n_read == -1){perror("read:");}else{printf("得到%d号的消息:%s\n",mark,readBuf);}}}}return 0;
}

客户端代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int c_fd;int n_read;int n_write;int c_connect;char readBuf[128];char returnMsg[128]={0};char *quit="quit";struct sockaddr_in c_addr;memset(&c_addr,0,sizeof(struct sockaddr_in));//数据清空if(argc != 3){printf("参数出错\n");exit(-1);}//1.socket  int socket(int domain, int type, int protocol);c_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//ipv4   tcp协议if(c_fd == -1){printf("创建socket失败");perror("socket:");exit(-1);}c_addr.sin_family=AF_INET;//ipv4c_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));//端口号，选择5000以上。honts返回网络字节序//int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp)inet_aton(argv[1],&c_addr.sin_addr);//转换为网络能识别的格式//2.connect  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);c_connect=connect(c_fd,(struct sockaddr *)&c_addr,sizeof(struct sockaddr));if(c_connect == -1){printf("连接失败\n");perror("connect:");}while(1){if(fork() == 0){while(1){//不断写入memset(returnMsg,0,sizeof(returnMsg));printf("请输入:\n");gets(returnMsg);//3.write/send ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);n_write=write(c_fd,returnMsg,strlen(returnMsg));if(strcmp(quit,returnMsg) == 0){//如果输入quit则客户端就退出exit(0);}}}while(1){//不断读取memset(readBuf,0,sizeof(readBuf));//不断清空数据防止数据重复出现//4.read  ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);n_read=read(c_fd,readBuf,128);if(n_read == -1){perror("read:");}else{printf("来自服务端的消息:%s\n",readBuf);}}//5.close     int close(int fd);close(c_fd);}return 0;
}

运行结果：