文章目录
- 基础知识
- socket编程
- UDP套接字编程
- TCP套接字编写
- 套接字编写注意事项
基础知识
- IP地址：互联网协议地址（Internet Protocol Address），分配给互联网互联中设备的单一标识，理解成生活中的邮箱地址是比较类似的。在不同的地方入网，就会有不同的ip地址。
- 端口号（port）：没操作系统的知识的话，说的粗陋一点，就是如何识别在体态设备上与不同的APP通信，给这些APP分配一个ID，这个ID就叫做端口号。当然前面说法并不完全正确，准确的是端口号应该是区别一台主机中该网络信息向上交付时，是应该交由哪个进程处理。而端口号就是用来做这个的。和进程PID有点类似但又有所不同。
- 一个进程可以有多个port，因为其可以同时收到多个不同的网络消息。
- 一个port只能对应一个进程，因为他就是用来标识信息向上交付时交给哪个进程的
- 端口号的范围从0到65535，其中一些知名的端口（0-1023）被预留给标准服务，比如HTTP使用80端口，HTTPS使用443端口，FTP使用21端口等。而动态或私有端口（通常指从1024到65535）则通常是临时分配给应用程序的，尤其是在客户端或不固定服务场景中
- 网络字节序：就是大小端存储的问题，网络中发送的数据需要考虑大小端，网络规定的标准是大端。
- Big-endian:大端，指一个数据的低字节部分存在高地址处
- Little-endian:小端，。指一个数据他的低字节处 存储在低地址处。
- 例子：一个2字节数据：0x11 22 ，加入从左向右地址是增长的，那么大端里面：0x11 22 ；小端：0x22 11
- 这里说一下我自己容易搞错的点，数据的右边一般才是低字节序，数据的左边一般是高字节序列。你想一个整数，百位肯定是高位把。
- linux/windows系统都有提供的从主机转网络，网络转主机的函数
- htonl
- htons
- ntohl
- ntohs
socket编程
socket编程虽然里面需要填写的字段十分多，但是大多数场景下基本类似。
先来整体认识下一些必须要掌握的基础知识
常用接口（windows和linux的函数名都是一样的，但是由于系统不同，其中有些参数类型可能不太一样，以下以WIndows为例，linux你可以使用man + 函数名查看具体情况）
这些常用接口除了类型有一些略微不同，其中许多宏常量，linux和Windows下几乎都是一样的。下面介绍的函数名windows和linux基本都共有。
- socket
SOCKET WSAAPI socket([in] int af, // 常常传入 AF_INET 或者AF_INET6[in] int type, [in] int protocol);
-
- [in]是windows文档的一种习惯，表示这个参数是一个输入形参数
- af是协议家族， 常常传入 AF_INET 或者AF_INET6。你是ipv4地址就传入AF_INET,ipv6就选AF_INET6
- type 重点了解，UDP传入SOCK_DGRAM，TCP传入SOCK_STREAM。其余选项可自行取查看手册
- protocol：如果af，type指定了ipv4/6的协议家族和对应的类型，那么这里传入0由系统给你自动匹配协议是最好。的。如果你传入的是类似SOCK_RAW的值，那这里就需要你特殊指定，这个选项是用来精确控制套接字收到的数据。
-
返回值
如果未发生错误， 套接字 将返回引用新套接字的描述符。 否则，将返回值 INVALID_SOCKET，并且可以通过调用 WSAGetLastError 来检索特定的错误代码。 -
bind ：一般服务端使用
* int bind([in] SOCKET s,const sockaddr *addr,[in] int namelen
);
-
参数
- [in] s
标识未绑定套接字的描述符。 - addr
指向要分配给绑定套接字 的本地地址 的 sockaddr 结构的指针。 - [in] namelen
addr 指向的值的长度（以字节为单位）。
- [in] s
-
返回值
-
如果未发生错误， 绑定 将返回零。 否则，它将返回SOCKET_ERROR，并且可以通过调用 WSAGetLastError 来检索特定的错误代码。
谈到bind，就必须提及Socket编程里面需要的用的结构体sockaddr ，sockaddr_in,sockaddr_in6
- 使用bind时，一般先创建都应的sockaddr_in(ipv4)，sockaddr_in6(ipv6)的。填写其中的家族，端口号，和ip地址。
- 在强转成 sockaddr* 传入对应的函数bind处理即可。
- 其中要注意主机大小端和ip地址格式问题。用上述的网络字节序处的函数转变端口号。
- ip地址和和主机之间相互转换的时候，库里面的函数
如下：
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
char *inet_ntoa(struct in_addr in);
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
inet_ntop, inet_pton:这两个是都支持的
下面几个用的相对较少，可以使用时查文档
ntohf
ntohl
ntohll
ntohs
struct sockaddr {ushort sa_family;char sa_data[14];
};struct sockaddr_in {short sin_family;u_short sin_port;struct in_addr sin_addr;char sin_zero[8];
};struct sockaddr_in6 {short sin6_family;u_short sin6_port;u_long sin6_flowinfo;struct in6_addr sin6_addr;u_long sin6_scope_id;
};
上面两个操作TCP和UDP都会用到，但是下面介绍的就是TCP才用了
- listen :一般是TCP服务端代码使用
int WSAAPI listen([in] SOCKET s,[in] int backlog
);
-
参数解释
- [in] s 标识绑定的未连接的套接字的描述符。
- [in] backlog 挂起的连接队列的最大长度。
-
返回值：如果未发生错误， 则侦听 返回零。 否则，将返回 值 SOCKET_ERROR ，并且可以通过调用 WSAGetLastError 来检索特定的错误代码。
-
accept ：一般时TCP服务器端使用
SOCKET WSAAPI accept([in] SOCKET s,[out] sockaddr *addr,[in, out] int *addrlen
);
-
参数
[in] s :一个描述符，用于标识已使用 侦 听函数置于侦听状态的套接字。 连接实际上是使用 accept 返回的套接字建立的。
[out] :addr指向接收连接实体地址的缓冲区的可选指针，该地址称为通信层。 addr 参数的确切格式由创建 sockaddr 结构中的套接字时建立的地址系列确定。
[in, out] :addrlen指向包含 addr 参数指向的结构长度的整数的可选指针。 -
返回值
果未发生错误， 则 accept 将返回 类型为 SOCKET 的值，该值是新套接字的描述符。 此返回值是建立实际连接的套接字的句柄。
否则，将返回 值 INVALID_SOCKET ，并且可以通过调用 WSAGetLastError 来检索特定的错误代码。
这里返回值拿到的套接字正常读取写入就能和客户端通信了，当成文件描述符使用即可，当然用send和recv来收发数据也可以。
- connect :一般TCP客户端代码使用
-
参数
[in] s 标识未连接的套接字的描述符。
[in] name 指向应建立连接的 sockaddr 结构的指针。
[in] namelen name 参数指向的 sockaddr 结构的长度（以字节为单位）。 -
返回值
如果未发生错误， 则连接 返回零。 否则，它将返回SOCKET_ERROR，并且可以通过调用 WSAGetLastError 来检索特定的错误代码。
-
链接成功后就可以使用，当成文件描述符来使用也是没有问题的。当然用send和recv来收发数据也可以
UDP套接字编程
UDP套接字就只需要两个操作，socket和bind，做完之后UDP程序就能通信了。
具体步骤
服务器：
- 先申请一个套接字，填入对应的sockaddr的字段
- 再bind 改套接字即可
- 再用sendto 和 recv收发数据
客户端:
- 创建一个套接字
- 用sendto 和recv发收数据即可
Server
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main() {//使用windows网络库需要做的，linux下就没这过程WSADATA wsaData;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {std::cerr << "Failed to initialize winsock." << std::endl;return -1;}SOCKET serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);if (serverSocket == INVALID_SOCKET) {std::cerr << "Failed to create socket." << std::endl;WSACleanup();return -1;}sockaddr_in serverAddr;serverAddr.sin_family = AF_INET;serverAddr.sin_port = htons(12345); // 服务器监听端口serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);if (bind(serverSocket, (SOCKADDR*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "Failed to bind socket." << std::endl;closesocket(serverSocket);WSACleanup();return -1;}std::cout << "Server is listening on port 12345..." << std::endl;char buffer[1024];sockaddr_in clientAddr;int addrLen = sizeof(clientAddr);while (true) {int bytesReceived = recvfrom(serverSocket, buffer, sizeof(buffer), 0, (SOCKADDR*)&clientAddr, &addrLen);if (bytesReceived > 0) {buffer[bytesReceived] = '\0';std::cout << "Message from client: " << buffer << std::endl;// Echo back the message to the clientsendto(serverSocket, buffer, bytesReceived, 0, (SOCKADDR*)&clientAddr, sizeof(clientAddr));}}closesocket(serverSocket);WSACleanup();return 0;
}
Client
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <iostream>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main() {WSADATA wsaData;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {std::cerr << "Failed to initialize winsock." << std::endl;return -1;}SOCKET clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);if (clientSocket == INVALID_SOCKET) {std::cerr << "Failed to create socket." << std::endl;WSACleanup();return -1;}sockaddr_in serverAddr;serverAddr.sin_family = AF_INET;serverAddr.sin_port = htons(12345); // 服务器端口号inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serverAddr.sin_addr); // 服务器IP地址，这里假设为本地环回地址std::string message;std::cout << "Enter a message to send to the server: ";std::getline(std::cin, message);if (sendto(clientSocket, message.c_str(), message.length(), 0, (SOCKADDR*)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR) {std::cerr << "Failed to send message." << std::endl;} else {std::cout << "Message sent to server." << std::endl;}char buffer[1024];int bytesReceived = recvfrom(clientSocket, buffer, sizeof(buffer), 0, NULL, NULL);if (bytesReceived > 0) {buffer[bytesReceived] = '\0';std::cout << "Reply from server: " << buffer << std::endl;}closesocket(clientSocket);WSACleanup();return 0;
}
TCP套接字编写
服务端：
- socket获取一个套接字
- bind这个套接字
- 监听这个套接字
- accept，接受链接成功返回一个套接字，用该套接字通信即可。用send和recv进行通信即可。可以接受多个套接字
客户端：
- socket 获取一个套接字
- connect 对应的服务器，成功后用该套接字 send和recv即可。
linux下一切皆文件，TCP这里读取内容的时候，其实用read和write来收发数据也是没有问题的。
服务器代码
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <stdio.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main() {WSADATA wsaData;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {printf("WSAStartup failed: %d\n", GetLastError());return 1;}SOCKET ListenSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (ListenSocket == INVALID_SOCKET) {printf("Error at socket(): %ld\n", WSAGetLastError());WSACleanup();return 1;}sockaddr_in service;service.sin_family = AF_INET;service.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 或者使用INADDR_ANY监听所有地址service.sin_port = htons(27015); // 自定义端口号if (bind(ListenSocket, (SOCKADDR*)&service, sizeof(service)) == SOCKET_ERROR) {printf("bind failed with error: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ListenSocket);WSACleanup();return 1;}if (listen(ListenSocket, SOMAXCONN) == SOCKET_ERROR) {printf("listen failed with error: %ld\n", WSAGetLastError());closesocket(ListenSocket);WSACleanup();return 1;}printf("Listening on port 27015...\n");SOCKET ClientSocket;while ((ClientSocket = accept(ListenSocket, NULL, NULL)) != INVALID_SOCKET) {char recvbuf[512];int iResult = recv(ClientSocket, recvbuf, 512, 0);if (iResult > 0)printf("Received: %s\n", recvbuf);else if (iResult == 0)printf("Connection closing...\n");elseprintf("recv failed: %d\n", WSAGetLastError());// 发送响应（可选）char *response = "Hello from server!";send(ClientSocket, response, strlen(response), 0);closesocket(ClientSocket);}if (ClientSocket == INVALID_SOCKET) {printf("accept failed: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ListenSocket);WSACleanup();return 1;}closesocket(ListenSocket);WSACleanup();return 0;
}
#include <winsock2.h>
#include <ws2tcpip.h>
#include <stdio.h>#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")int main() {WSADATA wsaData;if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {printf("WSAStartup failed: %d\n", GetLastError());return 1;}SOCKET ConnectSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (ConnectSocket == INVALID_SOCKET) {printf("Error at socket(): %ld\n", WSAGetLastError());WSACleanup();return 1;}sockaddr_in serverAddress;serverAddress.sin_family = AF_INET;serverAddress.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 服务器IP地址serverAddress.sin_port = htons(27015); // 与服务器端相同的端口号if (connect(ConnectSocket, (SOCKADDR*)&serverAddress, sizeof(serverAddress)) == SOCKET_ERROR) {printf("connect failed: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ConnectSocket);WSACleanup();return 1;}char sendbuf[] = "Hello from client!";int iResult = send(ConnectSocket, sendbuf, (int)strlen(sendbuf), 0);if (iResult == SOCKET_ERROR) {printf("send failed: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ConnectSocket);WSACleanup();return 1;}char recvbuf[512];iResult = recv(ConnectSocket, recvbuf, 512, 0);if (iResult > 0)printf("Received: %s\n", recvbuf);else if (iResult == 0)printf("Connection closed\n");elseprintf("recv failed: %d\n", WSAGetLastError());closesocket(ConnectSocket);WSACleanup();return 0;
}
套接字编写注意事项
- TCP和UDP都是全双工的，不用担心收发数据互相干扰的问题
- 为了收发不互相干扰，一般要采取并发
 基于stm32f103c8t6/HAL库/CubeMX/超详细,包含代码讲解和原理图)
