C++ - socket編程基礎(chǔ)（理論篇）-

1、C+看一下通訊那塊吧,SOCKET、TCP/ip、udp對于SOCKET在這里我不想究其歷史,我只想說其時它是一種進程通訊的方式,簡言之就是調(diào)用這個網(wǎng)絡(luò)庫的一些API函數(shù)就能實現(xiàn)分布在不同主機的相關(guān)進程之間的數(shù)據(jù)交換.SOCKET中首先我們要理解如下幾個定義概念:一是IP地址:IP Address我想很容易理解,就是依照TCP/IP協(xié)議分配給本地主機的網(wǎng)絡(luò)地址,就向兩個進程要通訊,任一進程要知道通訊對方的位置,位置如何來確定,就用對方的IP二是端口號:用來標(biāo)識本地通訊進程,方便OS提交數(shù)據(jù).就是說進程指定了對方進程的網(wǎng)絡(luò)IP,但這個IP只是用來標(biāo)識進程所在的主機,如何來找到運行在這個主機的這個

2、進程呢,就用端口號.三是連接:指兩個進程間的通訊鏈路.四是半相關(guān):網(wǎng)絡(luò)中用一個三元組可以在全局唯一標(biāo)志一個進程:(協(xié)議,本地地址,本地端口號這樣一個三元組,叫做一個半相關(guān),它指定連接的每半部分。五是全相關(guān)一個完整的網(wǎng)間進程通信需要由兩個進程組成,并且只能使用同一種高層協(xié)議。也就是說,不可能通信的一端用TCP協(xié)議,而另一端用UDP協(xié)議。因此一個完整的網(wǎng)間通信需要一個五元組來標(biāo)識:(協(xié)議,本地地址,本地端口號,遠(yuǎn)地地址,遠(yuǎn)地端口號這樣一個五元組,叫做一個相關(guān)(association,即兩個協(xié)議相同的半相關(guān)才能組合成一個合適的相關(guān),或完全指定組成一連接。客戶/服務(wù)器模式在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中,通信

3、的兩個進程間相互作用的主要模式是客戶/服務(wù)器模式(Client/Server model,即客戶向服務(wù)器發(fā)出服務(wù)請求,服務(wù)器接收到請求后,提供相應(yīng)的服務(wù)。客戶/服務(wù)器模式的建立基于以下兩點:首先,建立網(wǎng)絡(luò)的起因是網(wǎng)絡(luò)中軟硬件資源、運算能力和信息不均等,需要共享,從而造就擁有眾多資源的主機提供服務(wù),資源較少的客戶請求服務(wù)這一非對等作用。其次,網(wǎng)間進程通信完全是異步的,相互通信的進程間既不存在父子關(guān)系,又不共享內(nèi)存緩沖區(qū),因此需要一種機制為希望通信的進程間建立聯(lián)系,為二者的數(shù)據(jù)交換提供同步,這就是基涌紀(jì)紀(jì)戶/服務(wù)器模式的TCP/IP?？蛻?服務(wù)器模式鑰紀(jì)紀(jì)作過程中采取的是主動請求方式:首先服務(wù)器方

4、要先啟動,并根據(jù)請求提供相應(yīng)服務(wù):1. 打開一通信通道并告知本地主機,它愿意在某一公認(rèn)地址上(周知口,如FTP為21接收客戶請求;2. 等待客戶請求到達(dá)該端口;3. 接收到重復(fù)服務(wù)請求,處理該請求并發(fā)送應(yīng)答信號。接收到并發(fā)服務(wù)請求,要激活一新進程來處理這個客戶請求(如UNIX系統(tǒng)中用fork、exec。新進程處理此客戶請求,并不需要對其它請求作出應(yīng)答。服務(wù)完成后,關(guān)閉此新進程與客戶的通信鏈路,并終止。4. 返回第二步,等待另一客戶請求。5. 關(guān)閉服務(wù)器客戶方:1. 打開一通信通道,并連接到服務(wù)器所在主機的特定端口;2. 向服務(wù)器發(fā)服務(wù)請求報文,等待并接收應(yīng)答;繼續(xù)提出請求.3. 請求結(jié)束后關(guān)閉

5、通信通道并終止。從上面所描述過程可知:1. 客戶與服務(wù)器進程的作用是非對稱的,因此編碼不同。2. 服務(wù)進程一般是先涌紀(jì)紀(jì)戶請求而啟動的。只要系統(tǒng)運行,該服務(wù)進程一直存在,直到正?；驈娖冉K止。介紹完基礎(chǔ)知識,下面就介紹一些API函數(shù):創(chuàng)建套接字socket(應(yīng)用程序在使用套接字前,首先必須擁有一個套接字,系統(tǒng)調(diào)用socket(向應(yīng)用程序提供創(chuàng)建套接字的手段,其調(diào)用格式如下:SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol;該調(diào)用要接收三個參數(shù):af、type、protocol。參數(shù)af指定通信發(fā)生的區(qū)域,:AF_UNIX、AF_INE

6、T、AF_NS等,而DOS、WINDOWS中僅支持AF_INET,它是網(wǎng)際網(wǎng)區(qū)域。因此,地址族與協(xié)議族相同。參數(shù)type 描述要建立的套接字的類型。這里分三種:一是TCP流式套接字(SOCK_STREAM提供了一個面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù),數(shù)據(jù)無差錯、無重復(fù)地發(fā)送,且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)流量控制,避免數(shù)據(jù)流超限;數(shù)據(jù)被看作是字節(jié)流,無長度限制。文件傳送協(xié)議(FTP即使用流式套接字。二是數(shù)據(jù)報式套接字(SOCK_DGRAM提供了一個無連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨立包形式被發(fā)送,不提供無錯保證,數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù),并且接收順序混亂。網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)(NFS使用數(shù)據(jù)報式套接字。三是原始式套接字(SOCK_R

7、AW該接口允許對較低層協(xié)議,如IP、ICMP直接訪問。常用于檢驗新的協(xié)議實現(xiàn)或訪問現(xiàn)有服務(wù)中配置的新設(shè)備.參數(shù)protocol說明該套接字使用的特定協(xié)議,如果調(diào)用者不希望特別指定使用的協(xié)議,則置為0,使用默認(rèn)的連接模式。根據(jù)這三個參數(shù)建立一個套接字,并將相應(yīng)的資源分配給它,同時返回一個整型套接字號。因此,socket(系統(tǒng)調(diào)用實際上指定了相關(guān)五元組中的“協(xié)議”這一元。指定本地地址bind(當(dāng)一個套接字用socket(創(chuàng)建后,存在一個名字空間(地址族,但它沒有被命名。bind(將套接字地址(包括本地主機地址和本地端口地址與所創(chuàng)建的套接字號聯(lián)系起來,即將名字賦予套接字,以指定本地半相關(guān)。其調(diào)用格式

8、如下:int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen;參數(shù)s是由socket(調(diào)用返回的并且未作連接的套接字描述符(套接字號。參數(shù)name 是賦給套接字s的本地地址(名字,其長度可變,結(jié)構(gòu)隨通信域的不同而不同。namelen表明了name的長度.如果沒有錯誤發(fā)生,bind(返回0。否則返回SOCKET_ERROR。建立套接字連接connect(與accept(這兩個系統(tǒng)調(diào)用用于完成一個完整相關(guān)的建立,其中connect(用于建立連接。無連接的套接字進程也可以調(diào)用connect(,但這時在進程

9、之間沒有實際的報文交換,調(diào)用將從本地操作系統(tǒng)直接返回。這樣做的優(yōu)點是程序員不必為每一數(shù)據(jù)指定目的地址,而且如果收到的一個數(shù)據(jù)報,其目的端口未與任何套接字建立“連接”,便能判斷該端靠紀(jì)紀(jì)可操作。而accept(用于使服務(wù)器等待來自某客戶進程的實際連接。connect(的調(diào)用格式如下:int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen;參數(shù)s是欲建立連接的本地套接字描述符。參數(shù)name指出說明對方套接字地址結(jié)構(gòu)的指針。對方套接字地址長度由namelen說明。如果沒有錯誤發(fā)生,connect(返

10、回0。否則返回值SOCKET_ERROR。在面向連接的協(xié)議中,該調(diào)用導(dǎo)致本地系統(tǒng)和外部系統(tǒng)之間連接實際建立。由于地址族總被包含在套接字地址結(jié)構(gòu)的前兩個字節(jié)中,并通過socket(調(diào)用與某個協(xié)議族相關(guān)。因此bind(和connect(無須協(xié)議作為參數(shù)。accept(的調(diào)用格式如下:SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen;參數(shù)s為本地套接字描述符,在用做accept(調(diào)用的參數(shù)前應(yīng)該先調(diào)用過listen(。addr 指向客戶方套接字地址結(jié)構(gòu)的指針,用來接收連接實體的地址。addr的

11、確切格式由套接字創(chuàng)建時建立的地址族決定。addrlen 為客戶方套接字地址的長度(字節(jié)數(shù)。如果沒有錯誤發(fā)生, accept(返回一個SOCKET類型的值,表示接收到的套接字的描述符。否則返回值INVALID_SOCKET。accept( 用于面向連接服務(wù)器。參數(shù)addr和addrlen存放客戶方的地址信息。調(diào)用前,參數(shù)addr 指向一個初始值為空的地址結(jié)構(gòu),而addrlen 的初始值為0;調(diào)用accept(后,服務(wù)器等待從編號為s的套接字上接受客戶連接請求,而連接請求是由客戶方的connect(調(diào)用發(fā)出的。當(dāng)有連接請求到達(dá)時,accept(調(diào)用將請求連接隊列上的第一個客戶方套接字地址及長度放入

12、addr 和addrlen,并創(chuàng)建一個與s有相同特性的新套接字號。新的套接字可用于處理服務(wù)器并發(fā)請求。四個套接字系統(tǒng)調(diào)用,socket(、bind(、connect(、accept(,可以完成一個完全五元相關(guān)的建立。socket(指定五元組中的協(xié)議元,它的用法與是否為客戶或服務(wù)器、是否面向連接無關(guān)。bind(指定五元組中的本地二元,即本地主機地址和端口號,其用法與是否面向連接有關(guān):在服務(wù)器方,無論是否面向連接,均要調(diào)用bind(,若采用面向連接,則可以不調(diào)用bind(,而通過connect(自動完成。若采用無連接,客戶方必須使用bind(以獲得一個唯一的地址。監(jiān)聽連接listen(此調(diào)用用于面

13、向連接服務(wù)器,表明它愿意接收連接。listen(需在accept(之前調(diào)用,其調(diào)用格式如下:int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog;參數(shù)s標(biāo)識一個本地已建立、尚未連接的套接字號,服務(wù)器愿意從它上面接收請求。backlog表示請求連接隊列的最大長度,用于限制排隊請求的個數(shù),目前允許的最大值為5。如果沒有錯誤發(fā)生,listen(返回0。否則它返回SOCKET_ERROR。listen(在執(zhí)行調(diào)用過程中可為沒有調(diào)用過bind(的套接字s完成所必須的連接,并建立長度為backlog的請求連接隊列。調(diào)用listen(是服務(wù)器接收一個連接請求的四個步驟中的第

14、三步。它在調(diào)用socket(分配一個流套接字,且調(diào)用bind(給s賦于一個名字之后調(diào)用,而且一定要在accept(之前調(diào)用。數(shù)據(jù)傳輸send(與recv(當(dāng)一個連接建立以后,就可以傳輸數(shù)據(jù)了。常用的系統(tǒng)調(diào)用有send(和recv(。send(調(diào)用用于鑰紀(jì)紀(jì)數(shù)s指定的已連接的數(shù)據(jù)報或流套接字上發(fā)送輸出數(shù)據(jù),格式如下:int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags;參數(shù)s為已連接的本地套接字描述符。buf 指向存有發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的指針,其長度由len 指定。flags 指定傳輸控制方式,如是否發(fā)送帶外數(shù)據(jù)

15、等。如果沒有錯誤發(fā)生,send(返回總共發(fā)送的字節(jié)數(shù)。否則它返回SOCKET_ERROR。recv(調(diào)用用于s指定的已連接的數(shù)據(jù)報或流套接字上接收輸入數(shù)據(jù),格式如下:int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags;參數(shù)s 為已連接的套接字描述符。buf指向接收輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針,其長度由len 指定。flags 指定傳輸控制方式,如是否接收帶外數(shù)據(jù)等。如果沒有錯誤發(fā)生,recv(返回總共接收的字節(jié)數(shù)。如果連接被關(guān)閉,返回0。否則它返回SOCKET_ERROR。輸入/輸出多路復(fù)用select(select( 調(diào)用用

16、來檢測一個或多個套接字的狀態(tài)。對每一個套接字來說,這個調(diào)用可以請求讀、寫或錯誤狀態(tài)方面的信息。請求給定狀態(tài)的套接字集合由一個fd_set結(jié)構(gòu)指示。在返回時,此結(jié)構(gòu)被更新,以反映那些滿足特定條件的套接字的子集,同時,select(調(diào)用返回滿足條件的套接字的數(shù)目,其調(diào)用格式如下:int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout;參數(shù)nfds指明被檢查的套接字描述符的值域,此變量一般被忽略。參數(shù) readfds 指向要做讀檢測的套接字描述符集合的指針，調(diào)用者希望從中讀取數(shù)據(jù)。 參數(shù) writefds 指向要做寫檢測的套接字描述符集合的指針。 exceptfds 指向要檢測是否出錯 的套接字描述符集合的指針。timeout 指向 select(函數(shù)等待的最大時間，如果設(shè)為 NULL 則 為阻塞操作。 select(返回包含在 fd_set 結(jié)構(gòu)中已準(zhǔn)備好的套接字描述符的總數(shù)目， 或者是發(fā) 生錯誤則返回 SOCKET_ERROR。 關(guān)閉套接字closesocket( closesocket(關(guān)閉套接字 s，并釋放分配給該套接字的資源;如果 s 涉及一個打開的 TCP