入门进阶：C/C++中的套接字编程

什么是套接字编程?

套接字编程是一种连接网络上的两个节点以相互通信的方法。一个套接字(节点)监听IP上的一个特定端口，而另一个套接字连接到另一个端口。当客户端到达服务器时，服务器形成侦听器套接字。

服务器和客户端模型的状态图

服务器端

• 套接字创建：

  int sockfd = socket(domain, type, protocol)

  sockfd：套接字描述符，一个整数（如文件句柄）
  domain：整数，通信域，例如AF_INET（IPv4协议），AF_INET6（IPv6协议）
  type：通信类型
  SOCK_STREAM：TCP（可靠，面向连接）
  SOCK_DGRAM：UDP（不可靠，无连接的
  protocol： Internet协议（IP）的协议值，为0。这与出现在数据包IP报头的协议字段中的数字相同。（有关详细信息，请参见手动协议）

• Setsockopt：

  int setsockopt(int sockfd, int level, int optname,  
                     const void *optval, socklen_t optlen);

  这有助于处理文件描述符sockfd引用的套接字的选项。这是完全可选的，但有助于地址和端口的重用。防止出现以下错误：“address already in use”。

• Bind：

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

  创建套接字后，bind函数将套接字绑定到addr（自定义数据结构）中指定的地址和端口号。在示例代码中，我们将服务器绑定到本地主机，因此我们使用INADDR_ANY指定IP地址。

• Listen：

  int listen(int sockfd, int backlog);

  它将服务器套接字置于被动模式，在该模式下它等待客户端接近服务器以建立连接。待办事项定义了sockfd的未决连接队列可以增长的最大长度。如果在队列已满时连接请求到达，则客户端可能会收到带有ECONNREFUSED指示的错误。

• Accept：

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

  它为侦听套接字sockfd提取未决连接队列上的第一个连接请求，创建一个新的已连接套接字，并返回引用该套接字的新文件描述符。此时，客户端和服务器之间已建立连接，并且它们已准备好传输数据。

客户端

• Socket connection：与服务器的套接字创建完全相同
• Connect：

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

  connect()系统调用将文件描述符sockfd引用的套接字连接到addr指定的地址。服务器的地址和端口在addr中指定。

实现
这里，我们在服务器和客户端之间交换一条问候消息，以演示客户端/服务器模型。

server.c

// 服务器端C/C++程序演示套接字编程
#include <unistd.h> 
#include <stdio.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <netinet/in.h> 
#include <string.h> 
#define PORT 8090 
int main(int argc, char const *argv[]) 
{ 
    int server_fd, new_socket, valread; 
    struct sockaddr_in address; 
    int opt = 1; 
    int addrlen = sizeof(address); 
    char buffer[1024] = {0}; 
    char *hello = (char*)"Hello from server"; 

    // Creating socket file descriptor 
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) 
    { 
        perror("socket failed"); 
        exit(EXIT_FAILURE); 
    } 

    // Forcefully attaching socket to the port 8080 
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, 
                                                  &opt, sizeof(opt))) 
    { 
        perror("setsockopt"); 
        exit(EXIT_FAILURE); 
    } 
    address.sin_family = AF_INET; 
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; 
    address.sin_port = htons( PORT ); 

    // Forcefully attaching socket to the port 8080 
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address,  
                                 sizeof(address))<0) 
    { 
        perror("bind failed"); 
        exit(EXIT_FAILURE); 
    } 
    if (listen(server_fd, 3) < 0) 
    { 
        perror("listen"); 
        exit(EXIT_FAILURE); 
    } 
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address,  
                       (socklen_t*)&addrlen))<0) 
    { 
        perror("accept"); 
        exit(EXIT_FAILURE); 
    } 
    valread = read( new_socket , buffer, 1024); 
    printf("%s\n",buffer ); 
    send(new_socket , hello , strlen(hello) , 0 ); 
    printf("Hello message sent,www.linuxmi.com\n"); 
    return 0; 
}

client.c

// 客户端C/C++程序演示套接字编程
#include <stdio.h> 
#include <sys/socket.h> 
#include <arpa/inet.h> 
#include <unistd.h> 
#include <string.h> 
#define PORT 8090 

int main(int argc, char const *argv[]) 
{ 
    int sock = 0, valread; 
    struct sockaddr_in serv_addr; 
    char *hello = "Hello from client"; 
    char buffer[1024] = {0}; 
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) 
    { 
        printf("\n Socket creation error \n"); 
        return -1; 
    } 

    serv_addr.sin_family = AF_INET; 
    serv_addr.sin_port = htons(PORT); 

    // Convert IPv4 and IPv6 addresses from text to binary form 
    if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr)<=0)  
    { 
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n"); 
        return -1; 
    } 

    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) 
    { 
        printf("\nConnection Failed \n"); 
        return -1; 
    } 
    send(sock , hello , strlen(hello) , 0 ); 
    printf("Hello message sent,www.linuxmi.com\n"); 
    valread = read( sock , buffer, 1024); 
    printf("%s\n",buffer ); 
    return 0; 
}

编译:

linuxmi@linuxmi:~/www.linuxmi.com$ gcc client.c -o client
linuxmi@linuxmi:~/www.linuxmi.com$ gcc server.c -o server

输出：

linuxmi@linuxmi:~/www.linuxmi.com$ ./server
Hello from client
Hello message sent,www.linuxmi.com

linuxmi@linuxmi:~/www.linuxmi.com$ ./client
Hello message sent,www.linuxmi.com
Hello from server