imx6ull/linux应用编程学习(11）SOCKET

07-08 1071阅读

从上篇文章了解到了网络基础知识，那么socket与tcp/ip、udp等有什么关系呢？

imx6ull/linux应用编程学习(10）网络基础知识（基于正点原子）-CSDN博客

Socket是应用层与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其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后

Socket是计算机网络中的一个通信端点，可以视为网络通信的基础设施，它为不同的网络通信协议提供了统一的接口。通过它，程序可以发送和接收数据。Socket的主要作用是建立网络连接，并进行数据传输。

Socket的类型

流式套接字（Stream Socket）：基于TCP（Transmission Control Protocol）协议的Socket，提供面向连接的、可靠的数据传输服务。数据在传输过程中不会丢失，并且接收方会以发送方相同的顺序接收数据。
数据报套接字（Datagram Socket）：基于UDP（User Datagram Protocol）协议的Socket，提供无连接的、尽力而为的数据传输服务。数据可能会在传输过程中丢失，接收顺序也可能不同。

由上可知，socket根据作为udp和tcp的接口，可发为以上两类，在进行更详细对比之前，我们先回顾一下tcp与udp的区别。

TCP/IP与UDP的关系

TCP/IP和UDP是两种不同的传输层协议：

TCP/IP协议：
- 面向连接：在发送数据之前需要建立连接（三次握手）。
- 可靠传输：通过确认机制和重传机制确保数据的可靠传输。
- 流控制：可以调整发送数据的速率，以避免网络拥塞。
- 数据顺序：确保数据按照发送顺序接收。
UDP协议：
- 无连接：发送数据时不需要建立连接，传输效率高。
- 不保证可靠性：没有数据确认机制，数据可能丢失或重复。
- 无序传输：数据报的接收顺序可能与发送顺序不同。
- 适合实时应用：如视频流、语音通话等对数据传输速度要求高，但对数据丢失不敏感的应用。

（tips：tcp和udp都依赖IP，ip就相当于每台主机的身份证，tcp和udp需要根据ip去辨别不同的主机）

Socket与TCP/IP、UDP的关系

Socket是应用层与传输层协议（如TCP、UDP）之间的桥梁。通过Socket编程，开发者可以选择使用TCP或UDP协议来实现具体的网络通信功能。

使用TCP的Socket：
- 服务器端：创建一个流式Socket -> 绑定端口 -> 监听连接请求 -> 接受连接 -> 读写数据。
- 客户端：创建一个流式Socket -> 连接服务器 -> 读写数据。
使用UDP的Socket：
- 服务器端：创建一个数据报Socket -> 绑定端口 -> 接收和发送数据报。
- 客户端：创建一个数据报Socket -> 发送和接收数据报。
总结

Socket是实现网络通信的基本单元，它提供了统一的接口，方便程序员使用TCP或UDP进行数据传输。通过选择不同类型的Socket，程序可以在可靠性、速度和资源利用之间进行权衡，以满足不同应用场景的需求。

引用网上的一张图：

socket常用API：

1. 创建Socket
- socket()
  - 原型：socket(socket_family, socket_type, protocol=0)
  - 描述：创建一个新的Socket。
  - 参数：
    - socket_family：指定地址族，常用的有AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）。
    - socket_type：指定Socket类型，常用的有SOCK_STREAM（TCP）、SOCK_DGRAM（UDP）。
    - protocol：一般设为0，表示使用默认协议。
  2. 绑定地址
  - bind()
    - 原型：bind(address)
    - 描述：将Socket绑定到指定的地址（IP地址和端口）。
    - 参数：
      - address：一个元组，包含IP地址和端口号，如('192.168.1.1', 8080)。
    3. 监听连接
    - listen()
      - 原型：listen(backlog)
      - 描述：使Socket进入监听状态，准备接受连接请求。
      - 参数：
        backlog：指定等待连接的最大数量。
      4. 接受连接
      - accept()
        原型：accept()
        描述：接受一个连接，返回一个新的Socket对象和客户端地址。
        返回值：一个元组(conn, address)，conn是新的Socket对象，address是客户端地址。
        5. 连接到远程服务器
        
        connect()
        原型：connect(address)
        描述：连接到远程服务器。
        参数：
        address：远程服务器的地址和端口号。
        6. 发送数据
        
        send()
        
        原型：send(bytes)
        描述：通过Socket发送数据。
        参数：
        bytes：要发送的数据，类型为字节串。
        
        sendto()
        
        原型：sendto(bytes, address)
        描述：通过Socket发送数据到指定地址（用于UDP）。
        参数：
        bytes：要发送的数据，类型为字节串。
        address：目标地址和端口号。
        7. 接收数据
        
        recv()
        
        原型：recv(bufsize)
        描述：接收数据。
        参数：
        bufsize：指定一次接收的最大数据量。
        
        recvfrom()
        
        原型：recvfrom(bufsize)
        描述：接收数据并获取发送方地址（用于UDP）。
        参数：
        bufsize：指定一次接收的最大数据量。
        返回值：一个元组(data, address)，data是接收到的数据，address是发送方地址。
        8. 关闭Socket
        
        close()
        原型：close()
        描述：关闭Socket，释放资源。
        socket 编程实战：
        
        任务：实现一个简单地服务器和一个简单地客户端应用程序，将ubuntu和开发板分别作为客户端和服务端，实现交互
        
        1.服务器程序：
        
        编写服务器应用程序的流程如下：
        
        ①、调用 socket()函数打开套接字，得到套接字描述符；
        
        ②、调用 bind()函数将套接字与 IP 地址、端口号进行绑定；
        
        ③、调用 listen()函数让服务器进程进入监听状态；
        
        ④、调用 accept()函数获取客户端的连接请求并建立连接；
        
        ⑤、调用 read/recv、 write/send 与客户端进行通信；
        
        ⑥、调用 close()关闭套接字。
        
        #include #include #include #include #include #include #include #include #define SERVER_PORT 8888 //端口号不能发生冲突,不常用的端口号通常大于5000 int main(void) { struct sockaddr_in server_addr = {0}; struct sockaddr_in client_addr = {0}; char ip_str[20] = {0}; int sockfd, connfd; int addrlen = sizeof(client_addr); char recvbuf[512]; int ret; /* 打开套接字，得到套接字描述符 */ sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (0 > sockfd) { perror("socket error"); exit(EXIT_FAILURE); } /* 将套接字与指定端口号进行绑定 */ server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)); if (0 > ret) { perror("bind error"); close(sockfd); exit(EXIT_FAILURE); } /* 使服务器进入监听状态 */ ret = listen(sockfd, 50); if (0 > ret) { perror("listen error"); close(sockfd); exit(EXIT_FAILURE); } /* 阻塞等待客户端连接 */ connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &addrlen); if (0 > connfd) { perror("accept error"); close(sockfd); exit(EXIT_FAILURE); } printf("有客户端接入...\n"); inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr.s_addr, ip_str, sizeof(ip_str)); printf("客户端主机的IP地址: %s\n", ip_str); printf("客户端进程的端口号: %d\n", client_addr.sin_port); /* 接收客户端发送过来的数据 */ for ( ; ; ) { // 接收缓冲区清零 memset(recvbuf, 0x0, sizeof(recvbuf)); // 读数据 ret = recv(connfd, recvbuf, sizeof(recvbuf), 0); if(0 >= ret) { perror("recv error"); close(connfd); break; } // 将读取到的数据以字符串形式打印出来 printf("from client: %s\n", recvbuf); // 如果读取到"exit"则关闭套接字退出程序 if (0 == strncmp("exit", recvbuf, 4)) { printf("server exit...\n"); close(connfd); break; } } /* 关闭套接字 */ close(sockfd); exit(EXIT_SUCCESS); }
        
                客户端连接到服务器之后，客户端会向服务器（也就是本程序）发送数据，在我们服务器应用程序中会读取客户端发送的数据并将其打印出来，
        
                SERVER_PORT 宏指定了本服务器绑定的端口号，这里我们将端口号设置为 8888，端口不能与其它服务器的端口号发生冲突，不常用的端口号通常大于 5000。
        
        2.编写客户端程序
        
                客户端的功能是连接上小节所实现的服务器，连接成功之后向服务器发送数据，发送的数据由用户输入
        
        #include #include #include #include #include #include #include #include #define SERVER_PORT 8888 //服务器的端口号 #define SERVER_IP "192.168.5.9" //服务器的IP地址 int main(void) { struct sockaddr_in server_addr = {0}; char buf[512]; int sockfd; int ret; /* 打开套接字，得到套接字描述符 */ sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (0 > sockfd) { perror("socket error"); exit(EXIT_FAILURE); } /* 调用connect连接远端服务器 */ server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); //端口号 inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &server_addr.sin_addr);//IP地址 ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)); if (0 > ret) { perror("connect error"); close(sockfd); exit(EXIT_FAILURE); } printf("服务器连接成功...\n\n"); /* 向服务器发送数据 */ for ( ; ; ) { // 清理缓冲区 memset(buf, 0x0, sizeof(buf)); // 接收用户输入的字符串数据 printf("Please enter a string: "); fgets(buf, sizeof(buf), stdin); // 将用户输入的数据发送给服务器 ret = send(sockfd, buf, strlen(buf), 0); if(0 > ret){ perror("send error"); break; } //输入了"exit"，退出循环 if(0 == strncmp(buf, "exit", 4)) break; } close(sockfd); exit(EXIT_SUCCESS); }
        
                SERVER_IP 和 SERVER_PORT 指的是服务器的 IP 地址和端口号，服务器的 IP 地址根据实际情况进行设置，服务器应用程序示例代码 30.4.1 中我们绑定的端口号为 8888，所以在客户端应用程序中我们也需要指定 SERVER_PORT 为 8888。
        
        注意：
        
        客户端和服务端要确定可以互ping，我ubuntu的ip是192.168.5.12，子网掩码是255.255.255.0，那么程序里面的ip就应该是192.168.5.x。我这里设为了192.168.5.9。
        
        然后再开发板界面，设置临时ip：
        
        ifconfig eth0 192.168.5.9
        
        就可以发现开发板的IP已经变成了192.168.5.9。
        
        上机测试：
        
        将客户端和服务端的程序编译：
        
        将ubuntu作为客户端，开发板作为服务端，
        
        注意：客户端的程序文件最后在ubuntu上运行，所以不能用交叉编译工具，而是用gcc指令，因为交叉编译工具编译完，就代表你这个文件需要在其他环境进行运行了。
        
        利用scp指令将服务端文件传至开发板
        
        
        
        先开启服务器，在开发板执行服务端文件：
        
        ubuntu执行客户端：
        
        连接成功
        
        客户端发送字符串给服务端，服务端可以解收，成功！