C++ socket编程基础(理论篇)


C++看一下通讯那块吧,SOCKET、TCP/ip、udp 对于 SOCKET 在这里我不想究其历史,我只想说其时它是一种进程通讯的方式,简言之就是 调用这个网络库的一些 API 函数就能实现分布在不同主机的相关进程之间的数据交换. SOCKET 中首先我们要理解如下几个定义概念: 一是 IP 地址:IP Address 我想很容易理解,就是依照 TCP/IP 协议分配给本地主机的网络地 址,就向两个进程要通讯,任一进程要知道通讯对方的位置,位置如何来确定,就用对方的 IP 二是端口号:用来标识本地通讯进程,方便 OS 提交数据.就是说进程指定了对方进程的网 络IP,但这个IP只是用来标识进程所在的主机,如何来找到运行在这个主机的这个进程呢,就用 端口号. 三是连接:指两个进程间的通讯链路. 四是半相关:网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程: (协议,本地地址,本地端口号) 这样一个三元组,叫做一个半相关,它指定连接的每半部分。 五是全相关 一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成,并且只能使用同一种高层协议。也就是 说,不可能通信的一端用 TCP 协议,而另一端用 UDP 协议。因此一个完整的网间通信需要 一个五元组来标识: (协议,本地地址,本地端口号,远地地址,远地端口号) 这样一个五元组,叫做一个相关(association),即两个协议相同的半相关才能组合成一 个合适的相关,或完全指定组成一连接。 客户/服务器模式 在 TCP/IP 网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式 (Client/Server model),即客户向服务器发出服务请求,服务器接收到请求后,提供相应的服 务。客户/服务器模式的建立基于以下两点:首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、 运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客 户请求服务这一非对等作用。其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存 在父子关系,又不共享内存缓冲区,因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系,为二 者的数据交换提供同步,这就是基涌纪纪户/服务器模式的 TCP/IP。 客户/服务器模式钥纪纪作过程中采取的是主动请求方式: 首先服务器方要先启动,并根据请求提供相应服务: 1. 打开一通信通道并告知本地主机,它愿意在某一公认地址上(周知口,如 FTP 为 21) 接收客户请求; 2. 等待客户请求到达该端口; 3. 接收到重复服务请求,处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求,要激活 一新进程来处理这个客户请求(如 UNIX 系统中用 fork、exec)。新进程处理此客户请求,并不 需要对其它请求作出应答。服务完成后,关闭此新进程与客户的通信链路,并终止。 4. 返回第二步,等待另一客户请求。 5. 关闭服务器 客户方: 1. 打开一通信通道,并连接到服务器所在主机的特定端口; 2. 向服务器发服务请求报文,等待并接收应答;继续提出请求...... 3. 请求结束后关闭通信通道并终止。 从上面所描述过程可知: 1. 客户与服务器进程的作用是非对称的,因此编码不同。 2. 服务进程一般是先涌纪纪户请求而启动的。只要系统运行,该服务进程一直存在, 直到正常或强迫终止。 介绍完基础知识,下面就介绍一些 API 函数: 创建套接字──socket() 应用程序在使用套接字前,首先必须拥有一个套接字,系统调用 socket()向应用程序提 供创建套接字的手段,其调用格式如下: SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol); 该调用要接收三个参数:af、type、protocol。参数 af 指定通信发生的区域,:AF_UNIX、 AF_INET、AF_NS 等,而 DOS、 WINDOWS 中仅支持 AF_INET,它是网际网区域。因此,地 址族与协议族相同。参数 type 描述要建立的套接字的类型。这里分三种:一是 TCP 流式套接 字(SOCK_STREAM)提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务,数据无差错、无重复地发送, 且按发送顺序接收。内设流量控制,避免数据流超限;数据被看作是字节流,无长度限制。 文件传送协议(FTP)即使用流式套接字。 二是数据报式套接字(SOCK_DGRAM)提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发 送,不提供无错保证,数据可能丢失或重复,并且接收顺序混乱。网络文件系统(NFS)使用数 据报式套接字。三是原始式套接字 (SOCK_RAW)该接口允许对较低层协议,如 IP、ICMP 直 接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备.参数 protocol 说明该套 接字使用的特定协议,如果调用者不希望特别指定使用的协议,则置为 0,使用默认的连接 模式。根据这三个参数建立一个套接字,并将相应的资源分配给它,同时返回一个整型套接 字号。因此,socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。 指定本地地址──bind() 当一个套接字用 socket()创建后,存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind() 将套接字地址(包括本地主机地址和本地端口地址)与所创建的套接字号联系起来,即将名字 赋予套接字,以指定本地半相关。其调用格式如下: int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen); 参数 s 是由 socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数 name 是 赋给套接字 s 的本地地址(名字),其长度可变,结构随通信域的不同而不同。namelen 表明 了 name 的长度.如果没有错误发生,bind()返回 0。否则返回 SOCKET_ERROR。 建立套接字连接──connect()与 accept() 这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立,其中 connect()用于建立连接。无连接 的套接字进程也可以调用 connect(),但这时在进程之间没有实际的报文交换,调用将从本 地操作系统直接返回。这样做的优点是程序员不必为每一数据指定目的地址,而且如果收到 的一个数据报,其目的端口未与任何套接字建立“连接”,便能判断该端靠纪纪可操作。而 accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。 connect()的调用格式如下: int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen); 参数 s 是欲建立连接的本地套接字描述符。参数 name 指出说明对方套接字地址结构的 指针。对方套接字地址长度由 namelen 说明。 如果没有错误发生,connect()返回 0。否则返回值 SOCKET_ERROR。在面向连接的协议 中,该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。 由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中,并通过 socket()调用与某个协 议族相关。因此 bind()和 connect()无须协议作为参数。 accept()的调用格式如下: SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen); 参数s为本地套接字描述符,在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指 向客户方套接字地址结构的指针,用来接收连接实体的地址。addr 的确切格式由套接字创 建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度(字节数)。如果没有错误发生, accept()返回一个 SOCKET 类型的值,表示接收到的套接字的描述符。否则返回值 INVALID_SOCKET。 accept() 用于面向连接服务器。参数 addr 和 addrlen 存放客户方的地址信息。调用前, 参数 addr 指向一个初始值为空的地址结构,而 addrlen 的初始值为 0;调用 accept()后,服 务器等待从编号为 s 的套接字上接受客户连接请求,而连接请求是由客户方的 connect()调用 发出的。当有连接请求到达时,accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址 及长度放入 addr 和 addrlen,并创建一个与 s 有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于 处理服务器并发请求。 四个套接字系统调用,socket()、bind()、 connect()、accept(),可以完成一个完全五元 相关的建立。socket()指定五元组中的协议元,它的用法与是否为客户或服务器、是否面向 连接无关。bind()指定五元组中的本地二元,即本地主机地址和端口号,其用法与是否面向 连接有关:在服务器方,无论是否面向连接,均要调用 bind(),若采用面向连接,则可以不 调用 bind(),而通过 connect()自动完成。若采用无连接,客户方必须使用 bind()以获得一个 唯一的地址。 监听连接──listen() 此调用用于面向连接服务器,表明它愿意接收连接。listen()需在 accept()之前调用,其 调用格式如下: int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog); 参数 s 标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号,服务器愿意从它上面接收请求。 backlog 表示请求连接队列的最大长度,用于限制排队请求的个数,目前允许的最大值为 5。 如果没有错误发生,listen()返回 0。否则它返回 SOCKET_ERROR。 listen()在执行调用过程中可为没有调用过 bind()的套接字 s 完成所必须的连接,并建立 长度为 backlog 的请求连接队列。 调用 listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用 socket()分配 一个流套接字,且调用 bind()给 s 赋于一个名字之后调用,而且一定要在 accept()之前调用。 数据传输──send()与 recv() 当一个连接建立以后,就可以传输数据了。常用的系统调用有 send()和 recv()。 send()调用用于钥纪纪数 s 指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据,格式如 下: int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags); 参数 s 为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针,其长度 由 len 指定。flags 指定传输控制方式,如是否发送带外数据等。如果没有错误发生,send() 返回总共发送的字节数。否则它返回 SOCKET_ERROR。 recv()调用用于 s 指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据,格式如下: int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags); 参数 s 为已连接的套接字描述符。buf 指向接收输入数据缓冲区的指针,其长度由 len 指 定。flags 指定传输控制方式,如是否接收带外数据等。如果没有错误发生,recv()返回总共 接收的字节数。如果连接被关闭,返回 0。否则它返回 SOCKET_ERROR。 输入/输出多路复用──select() select() 调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说,这个调用可以 请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个 fd_set 结构指示。在 返回时,此结构被更新,以反映那些满足特定条件的套接字的子集,同时, select()调用返 回满足条件的套接字的数目,其调用格式如下: int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout); 参数 nfds 指明被检查的套接字描述符的值域,此变量一般被忽略。 参数 readfds 指向要做读检测的套接字描述符集合的指针,调用者希望从中读取数据。 参数 writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。 exceptfds 指向要检测是否出错 的套接字描述符集合的指针。timeout 指向 select()函数等待的最大时间,如果设为 NULL 则 为阻塞操作。select()返回包含在 fd_set 结构中已准备好的套接字描述符的总数目,或者是发 生错误则返回 SOCKET_ERROR。 关闭套接字──closesocket() closesocket()关闭套接字 s,并释放分配给该套接字的资源;如果 s 涉及一个打开的 TCP 连接,则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下: BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s); 参数 s 待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生,closesocket()返回 0。否则返回值 SOCKET_ERROR。 以上就是 SOCKET API 一些常用的 API 函数,下面我在介绍 C/S 模式就是客户机/服务器通 讯模式,服务器启动服务并在相应端口内侦听,客户机打开连接,完成通讯链路的建立后,双方 进行数据交互,完毕后关闭套接字. 好了,SOCKET 基础我们就介绍到这里。
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ybf2

贡献于2016-01-28

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