socket编程（一） - 基本介绍

每学习一个新的知识的时候，我们都会问这是什么？socket是什么？在各大搜索引擎搜索socket都会从插座给你介绍socket的起源。这些，都不重要！对我们来说，我们只需要知道socket就是可以用于网络设备互相通信的一个工具就可以，我们通常称socket为套接字，知道这些就够了。

写在前面

由于Linux有“一切皆文件”的特性，在socket编程这一块，Linux和Windows的实现是有所出入的，本系列文章默认以Linux为环境。实际上在嵌入式以及物联网领域，更多的还是以Linux为基础的。

socket系列文章大概会分为三篇：

1. 基本介绍socket，了解什么是socket，了解socket的基本原理，了解都有哪些类型的socket。顺便会简单介绍IP、MAC和端口，最后写一个简单的socket demo。
2. 接着上一节的socket demo中，深入分析socket常用的数据结构，接口函数等基础的语法知识。最后通过了解我最近在做的项目中对socket的使用，来更深入的了解socket的应用。
3. socket的高级应用，包括文件传输，域名访问等等。最后会说一说socket中使用udp协议的一些内容。

基本原理

那么，从这里开始，我们正式的开始学习socket。

废话部分：这里我斟酌了很久，甚至写了删，删了再写，如此反复，我就在想，该如何简单的介绍socket通信的原理，让我自己明白，也能让看到这个文章的每一位朋友明白？我还是决定，从socket的分类说起。

socket的分类

由于底层实现的不同，其实socket的实现也是千差万别的。本片文章中主要说说，流式套接字和数据报式套接字吧。可以先说明结论：

• 流式套接字（SOCK_STREAM）：基于TCP协议实现，熟悉TCP协议的朋友都知道三次握手，这样做的目的是为了数据安全，同时也确保了数据的完整性。但是，这同时也带来了很明显的缺点，那就是慢。以上是流式套接字的特点，而针对流式套接字具体的传输方式，我想再具体说明，所谓流式套接字，就是数据在设备之间有顺序的传输，即“ABCDEFGHIJKLMN”, 必须是按照顺序传输的，不可能先收到B然后再收到A。这样做也是确保数据完整性和安全性的一种实现。
• 数据报式套接字（SOCK_DGRAM）：基于UDP协议实现，UDP协议可能在编程的过程中使用频率没有TCP协议那么高，UDP最明显的特点就是不需要进行三次握手，只管发送数据，至于客户端能否收到数据，我不管，数据完全与否我也不管。

在本次socket的学习中，主要以基于TCP协议的流式套接字，数据报，后面也会简单的涉及。

流式套接字收发流程

socket通信是CS架构的，服务端和客户端都需要做相应的配置，才能建立通信。在正式开始之前，我希望我们能先大概了解IP，MAC和Port之间的区别：

• IP : 确定你的大体位置，也就是局域网所在位置
• MAC： 确定你的设备是局域网中的哪台设备
• Port： 确定需要连接的进程是设备中的哪一个

首先来看服务端：

1. 首先申请一个socket。

   在这里插一嘴，在Linux环境中，贯彻了一切皆文件的思想，所以这里的socket实际上也是一个文件，所以申请一个socket，相当于调用open()函数，生成了一个文件描述符，而接下来的所有操作，在底层逻辑上看来就是对文件的各种IO操作。

2. 将申请到的socket与IP和Port绑定。

3. 服务端开始监听该socket

4. 服务端阻塞等到客户端连接

同时，另外一台设备，也就是客户端：

1. 申请一个socket。

   为什么客户端也要申请一个socket？上面我们提到了服务端创建的socket实际上就是一个文件，相关的操作也是对文件的操作，所以客户端新建一个socket，就是对服务端socket的一个承载。

2. 配置要连接的IP和Port

3. 连接

4. 与服务端进行数据交互

5. 交互完成之后关闭套接字

6. 客户端流程结束

回到服务端，其实在实际的应用中，服务端的等到客户连接过程是循环等待的。对于程序而言，服务器端的socket资源在使用完毕之后也需要及时释放。

socket demo

最后，我们通过一个特别简单的demo来初次看一下socket的连接过程。

代码段：socket_demo.c

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>

int server_socket()
{
    int server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);  // 创建socket，返回值实际上就是一个fd

    struct sockaddr_in server_addr;  // 配置服务端IP和端口
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.10");
    server_addr.sin_port = htons(6666);
    bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));  // 将socket和IP以及端口绑定
    listen(server_socket, 20);  // 开始监听
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_size = sizeof(client_addr);
    while (1) {
        // accept函数会阻塞等待客户端的连接，并返回客户端的socket
        int client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_addr_size);
        char str[] = "Hello Socket!";
        send(client_socket, str, sizeof(str), 0);  // 发送Hello Socket给客户端  
        close(client_socket);
    }
    close(server_socket);
    return 0;
}


int client_socket()
{
    int client_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.10");
    server_addr.sin_port = htons(6666);
    connect(client_socket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

    char buffer[15];
    recv(client_socket, buffer, 15, 0);
    printf("Message form server: %s\n", buffer);

    close(client_socket);
    return 0;
}

代码段：common.h

#ifndef _COMMON_H
#define _COMMON_H

extern int server_socket();
extern int client_socket();

#endif  /* _COMMON_H */

上面的demo中，展现了一个socket最基本的连接过程，虽然是最近本的，但是更多高级的，重要的socket用法，都是从基本方法派生的。下一篇文章将，自己讲讲上面每一个函数的具体含义，同时分享我最近项目中需要使用的socket需求。

学习了！

好文章点赞

可乐高产~

之前接触过忘差不多了，再跟着大佬走一遍

好详细

太强了