socket套接字介绍

psych1 发表于 2019-11-13 11:21

本帖最后由 psych1 于 2019-11-13 11:33 编辑

## 0x00 背景介绍
由于最近要完成自己的项目作业，其中需要使用socket进行网络通信。所以简单了解了一些这方面的知识，希望可以抛砖引玉。
## 0x01 socket介绍
socket 的原意是“插座”，在计算机通信领域，socket 被翻译为“套接字”，它是计算机之间进行通信的一种约定或一种方式。通过 socket 这种约定，一台计算机可以接收其他计算机的数据，也可以向其他计算机发送数据。我们把插头插到插座上就能从电网获得电力供应，同样，为了与远程计算机进行数据传输，需要连接到因特网，而 socket 就是用来连接到因特网的工具。
套接字（socket）是一个抽象层，网络套接字是IP地址与端口的组合。学习 socket，也就是学习计算机之间如何通信，并编写出实用健壮的程序。
套接字有很多种类，而最具代表性的就是 Internet 套接字，我们常说的套接字，如果没有其他说明，都是指 Internet 套接字。
## 0x02 socket类型
根据数据的传输方式，可以将套接字分成两种类型。流格式套接字（SOCK_STREAM）和数据报格式套接字（SOCK_DGRAM）。通过 socket() 函数创建连接时，必须告诉它使用哪种数据传输方式。
流格式套接字是基于TCP协议，TCP 协议会控制你的数据按照顺序到达并且没有错误。所以说流格式套接字是一种可靠的、双向的通信数据流。
流格式套接字有以下特征：

> 数据在传输过程中不会消失；
数据是按照顺序传输的；
数据的发送和接收不是同步的

数据报格式套接字也是 IP 协议作路由，但是是依托UDP协议。数据报套接字是一种不可靠的、不按顺序传递的、以追求速度为目的的套接字。当数据传输发生错误时，也不会重传。
数据报格式套接字有以下特征：

> 强调快速传输而非传输顺序；
传输的数据可能丢失也可能损毁；
限制每次传输的数据大小；
数据的发送和接收是同步的。
## 0x03 网络通信协议
socket是站在传输层的基础上，所以可以使用 TCP/UDP 协议，为了更好的了解socket，我们需要网络通信协议知识的储备，我把附件已经放在下面了，大家可以自取。至少要了解TCP/IP协议，关于TCP的三次握手（这也是面试常问的问题），
## 0x04 linux与windows系统下socket程序演示
linux系统下比较简单，我们实现一个简单的客户端从服务器读取“Hello World”并打印出来
服务器：

```cpp
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main(){
//创建套接字
int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

//将套接字和IP、端口绑定
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));//每个字节都用0填充
serv_addr.sin_family = AF_INET;//使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//具体的IP地址
serv_addr.sin_port = htons(1234);//端口
bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

//进入监听状态，等待用户发起请求
listen(serv_sock, 20);

//接收客户端请求
struct sockaddr_in clnt_addr;
socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);

//向客户端发送数据
char str[] = "Hello World";
write(clnt_sock, str, sizeof(str));

//关闭套接字
close(clnt_sock);
close(serv_sock);

return 0;
}
```

客户端：

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

int main(){
//创建套接字
int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

//向服务器（特定的IP和端口）发起请求
struct sockaddr_in serv_addr;
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));//每个字节都用0填充
serv_addr.sin_family = AF_INET;//使用IPv4地址
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//具体的IP地址
serv_addr.sin_port = htons(1234);//端口
connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

//读取服务器传回的数据
char buffer;
read(sock, buffer, sizeof(buffer)-1);

printf("Message form server: %s\n", buffer);

//关闭套接字
close(sock);

return 0;
}
```

windows系统下就比较麻烦了，需要预先加载Winsock.dll 或 ws2_32.dll文件，而且windows跟linux所用的一些函数功能虽然相同，但是名称却是不同的，这个要注意一下。
服务器：

```cpp
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")//加载 ws2_32.dll

int main(){
//初始化 DLL
WSADATA wsaData;
WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

//创建套接字
SOCKET servSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

//绑定套接字
sockaddr_in sockAddr;
memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));//每个字节都用0填充
sockAddr.sin_family = PF_INET;//使用IPv4地址
sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");//具体的IP地址
sockAddr.sin_port = htons(1234);//端口
bind(servSock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));

//进入监听状态
listen(servSock, 20);

//接收客户端请求
SOCKADDR clntAddr;
int nSize = sizeof(SOCKADDR);
SOCKET clntSock = accept(servSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &nSize);

//向客户端发送数据
char *str = "Hello World!";
send(clntSock, str, strlen(str)+sizeof(char), NULL);

//关闭套接字
closesocket(clntSock);
closesocket(servSock);

//终止 DLL 的使用
WSACleanup();

return 0;
}
```
客户端：

```cpp
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <WinSock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")//加载 ws2_32.dll

int main(){
//初始化DLL
WSADATA wsaData;
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);

//创建套接字
SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

//向服务器发起请求
sockaddr_in sockAddr;
memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));//每个字节都用0填充
sockAddr.sin_family = PF_INET;
sockAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
sockAddr.sin_port = htons(1234);
connect(sock, (SOCKADDR*)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR));

//接收服务器传回的数据
char szBuffer = {0};
recv(sock, szBuffer, MAXBYTE, NULL);

//输出接收到的数据
printf("Message form server: %s\n", szBuffer);

//关闭套接字
closesocket(sock);

//终止使用 DLL
WSACleanup();

system("pause");
return 0;
}
```
## 0x05 socket（）函数解析
socket（）函数在两个平台下参数是相同的，不同的是返回值，大家可以参考上面的代码。
先说一下linux系统下的socket（）函数。在 Linux系统下使用 <sys/socket.h> 头文件中 socket() 函数来创建套接字，原型为：

> int socket(int af, int type, int protocol);

af指的是地址族（Address Family），也就是ip地址类型。当然有时候也会使用pf，到时候见到就不用惊讶了。type指的是数据传输方式/套接字类型，我们在上面已经讲了，根据数据传输方式的不同，我们可以将socket划分为两种常用类型，这里指的就是这个。protocol 表示传输协议，常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP，分别表示 TCP 传输协议和 UDP 传输协议。
一般情况下有了 af 和 type 两个参数就可以创建套接字了，操作系统会自动推演出协议类型，但是有时候有两种不同的协议支持同一种地址类型和数据传输类型，这个时候我们就需要指定传输协议了。
参数 af 的值为 PF_INET。如果使用 SOCK_STREAM 传输数据，那么满足这两个条件的协议只有 TCP，因此可以这样来调用 socket() 函数：

> int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

这种套接字称为 TCP 套接字。

如果使用 SOCK_DGRAM 传输方式，那么满足这两个条件的协议只有 UDP，因此可以这样来调用 socket() 函数：

> int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);

这种套接字称为 UDP 套接字。

上面两种情况都只有一种协议满足条件，可以将 protocol 的值设为 0，系统会自动推演出应该使用什么协议，如下所示：
> int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
>int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

windows平台下也是如此

> SOCKET socket(int af, int type, int protocol);

## 0x06 小结
希望大家多多支持。不要吝啬你们的评分呀，嘻嘻{:17_1060:}

psych1 发表于 2019-11-13 11:22

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pojiedaxia 发表于 2019-11-13 11:48

楼主大神啊，

fire0416 发表于 2019-11-13 13:20

感谢楼主分享
楼主辛苦了

ylrenxd 发表于 2019-11-15 12:48

学习了，很受用，效果就相当于nc命令

vevei_ps 发表于 2019-11-16 13:00

还行不错不错

hanSenWA 发表于 2020-9-8 17:27

链接已经失效,有新的吗

Geekerleon 发表于 2020-9-8 17:32

求补连接

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