[学习]Socket套接字

socket套接字学习

一、前言

计算机网络课程学习使用操作系统库socket库实现一个能够在局域网内收发消息的命令行程序。参考资料来主要自于网上的库用法教程，留下此文记录下学习的过程。

二、介绍

socket套接字是计算机网络中应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实是一个API将复杂的TCP/IP协议隐藏在socket接口后面，对于使用的用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，而用户自己只需要关心好传输的数据，对于怎么传输并不需要过多了解。

网络协议有分TCP和UDP两种协议，他们的作用都是收发数据包。唯一的不同是TCP面向连接，在收发数据包之前还有一个连接过程，只有建立连接之后才能发送数据包。而UDP并不需要这样一个过程，它可以做到只给一个地址，马上就能够发送，有急速发货那味了。
他们之间各有优劣。

协议类型	优点	缺点	主要用途
UDP	可以很快发送数据	容易丢包，易受到网络波动影响	视频通话等对丢包不敏感，但是对延迟敏感的领域
TCP	稳定，不会丢包	发送数据慢，但是不会受到网络波动影响	文件传输，聊天等对丢包敏感的领域

三、使用

1、TCP客户端

以下教程基于Windows10环境。
首先加入socket头文件库。

#include <Winsock2.h>
#include <sindows.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32.lib")

在使用之前还需要初始化，按照以下的方式初始化链接库，在具体收发数据前调用。

int main(){
	WSADATA wsd;
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd))
    {
        printf("WSAStartup failed!\n");
        return 1;
    }
}

在一切准备妥当之后，建立第一个套接字。

SOCKET sock;
SOCKET sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); \\ PF_INET指定连接协议族、SOCK_STREAM表明是一个TCP协议
addr.sin_family = AF_INET;	\\
addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");		\\指定服务器IP4地址
addr.sin_port = htons(1234);	\\服务器开放的监听端口

然后向服务器发送连接建立请求。

connect(sock, (SOCKADDR *)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR)+10);

成功建立连接后，可以使用send函数向服务器发送数据了。

send(sock, "aaa", 512, 0);	\\sock表明地址，“aaa”是发送的数据，512是发送字符数量（当然可以使用sizeof动态，但是这里就偷懒拉），0是一个标识符，一般不动

使用recv函数接收来自服务器的消息。

recv(sock, szBuffer, 512, 0);	\\szBuffer是接受字缓冲区（就是收到的字符写到哪里），

使用完连接资源后应当及时调用套接字关闭函数，释放被占用的资源。

closesocket(sock);

---

下面把代码组合成一个具备基础信息收发功能的程序。

#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#include <WinSock2.h>
using namespace std;

bool scmp(char *a, char *b){	//
    if(a[0] == b[0] && a[1] == b[1] && a[2] == b[2] && a[3] == b[3]){
        return true;
    }
    return false;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    //初始化DLL
    WSADATA wsaData;
    if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsd))
    {
        printf("WSAStartup failed!\n");
        return 1;
    }
    //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);

    if (connect(sock, (SOCKADDR *)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR)+10))
    {
        cout << "client connect error" << endl;
        closesocket(sock);
        WSACleanup();
        system("pause");
        return 1;
    }
    send(sock, "aaa", 512, 0);
    //接收服务器传回的数据
    
    while (true)
    {
        char szBuffer[MAXBYTE] = {0};
        
        recv(sock, szBuffer, MAXBYTE, 0);
        //输出接收到的数据
        cout << "Message from server: \n" << szBuffer << endl <<"------------------------------"<< endl;
        // _sleep(50);
        cout << "input your massage: " << endl;
        fgets(szBuffer, 512, stdin);
        if(scmp(szBuffer,"exit") ){		//输入exit关闭连接
            break;
        }
        cout << "-------------------------------" << endl;
        cout << endl;
        send(sock, szBuffer, 512, 0);
    }


    //关闭套接字
    closesocket(sock);
    //终止使用 DLL
    WSACleanup();
    system("pause");
    return 0;
}

2、TCP服务器

上面代码已经建立了一个具备信息收发能力的客户端，接下去写一个能够接受信息也可以发送信息进行交互的服务端程序。这个服务端程序的功能很简单，启动后接收来自客户端的socket连接，其余部分照抄来自客户端的部分。

服务端开头于客户端相同，不同的是套接字的建立方式。

sockaddr_in sockAddr;                
sockAddr.sin_family = PF_INET;                       
sockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   \\表示绑定本机IP4地址 
sockAddr.sin_port = htons(1234); 
bind(Sock, (SOCKADDR *)&Addr, sizeof(SOCKADDR));	\\把这个套接字绑定到服务器对应端口

接收来自客户端的连接。

SOCKET clntSock = accept(Sock, (SOCKADDR *)&Addr, &nSize);

---

完整的服务端代码如下

 #include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#include <WinSock2.h>
#include <windows.h>

using namespace std;
// #include <sys/socket.h>
// #include <netinet/in.h>
// #include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    WSADATA wsaData;
    WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData);
    SOCKET Sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    sockaddr_in sockAddr;
    memset(&sockAddr, 0, sizeof(sockAddr));           
    sockAddr.sin_family = PF_INET;               
    sockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);      
    sockAddr.sin_port = htons(1234); 
    
    bind(Sock, (SOCKADDR *)&sockAddr, sizeof(SOCKADDR)); 

    if (listen(Sock, SOMAXCONN) < 0)
    {
        cout << "listen set error" << endl;
        system("pause");
        return 1;
    }

    SOCKADDR clntAddr;
    int nSize = sizeof(SOCKADDR);
    SOCKET clntSock = accept(Sock, (SOCKADDR *)&clntAddr, &nSize);	\\clntSock是收到的来自客户端地址，十分重要是之后发送数据依据
    if (clntSock == SOCKET_ERROR)
    {
        cout << "error" << endl;
        closesocket(clntSock);
        closesocket(Sock);
        WSACleanup();
        system("pause");
        return 1;
    }
    else
    {
        cout << "OK to connect" << endl;
    }

    char recv_buf[100];
    int recv_len = 0;

    while (1)
    {
        recv_len = recv(clntSock, recv_buf, 100, 0);
        if (recv_len < 0)
        {
            cout << "receive error !!" << endl;
            break;
        }
        else
        {
            cout << "message received" << recv_buf << endl;
        }
        cout << "send out your message" << endl;
        char send_buf[100];
        cin >> send_buf;
        int send_len = strlen(send_buf);
        send_len = send(clntSock, send_buf, 100, 0);
        if (send_len < 0)
        {
            cout << "send out successfully " << endl;
            break;
        }
    }
    closesocket(clntSock);
    closesocket(servSock);
    WSACleanup();
    system("pause");
    return 0;
}

四、总结

总体来说实验还是非常轻松的，可以将服务端放到有公网IP的服务器上（完全没有安全措施就是了）。实现了一个非常简易的聊天室，尽管目前代码十分不完善，比如说只能在发送消息之后才能显示来自服务端的消息。

本文是windows下套接字使用的学习。