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1.网络编程和套接字概要
网络编程就是编写程序使两台连网的计算机相互交换数据。
两台计算机之间用什么传输数据呢？
- 首先需要物理连接。如今大部分计算机都已连接到庞大的互联网，因此不用担心这点。
- 在此基础上，只需考虑如何编写数据传输软件。但实际上这也不用愁，因为操作系统会提供名为“套接字”的部件。
套接字（socket）是网络数据传输用的软件设备。即使对网络数据传输原理不太熟悉，我们也能通过套接字完成数据传输。因此，网络编程又称为套接字编程。
为什么要用“套接字”这个词呢？
- 我们把插头（plug）插到插座（socket）上就能从电网获得电力供给，同样，为了与远程计算机进行数据传输，需要连接到因特网，而编程中的“套接字”就是用来连接该网络的工具。
- 它本身就带有“连接”的含义，如果将其引申，则还可以表示两台计算机之间的网络连接。
套接字大致分为两种：TCP套接字和UDP套接字。
我们先讨论TCP套接字，TCP套接字可以比喻成电话机，下面利用电话机讲解TCP套接字的创建及使用方法。
2.构建接电话套接字
服务器端套接字（又称为监听套接字）用于接受连接请求，其创建过程可整理如下。
2.1 第一步：调用 socket 函数创建套接字
调用 socket 函数：安装电话机。
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 成功时返回文件描述符，失败时返回-1
本文所涉及的函数的详细说明以后会逐一给出，现在只需掌握“原来是由socket函数生成套接字的”就足够了。
2.2 第二步：调用 bind 函数分配IP地址和端口号
调用 bind 函数：分配电话号码。
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
// 成功时返回0，失败时返回-1
调用 bind 函数给创建好的套接字分配地址信息（IP地址和端口号）之后，就基本完成了接电话的所有准备工作。接下来需要连接电话线并等待来电。
2.3 第三步：调用 listen 函数转为可接收请求状态
调用 listen 函数：连接电话线。
一连接电话线，电话机就转为可接听状态，这时其他人可以拨打电话请求连接到该机。同样，需要把套接字转化成可接收连接的状态。
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
// 成功时返回0，失败时返回-1
连接好电话线后，如果有人拨打电话就会响铃，拿起话筒才能接听电话。
2.4 第四步：调用 accept 函数受理连接请求
调用 accept 函数：拿起话筒。
拿起话筒意味着接收了对方的连接请求。套接字同样如此，如果有人为了完成数据传输而请求连接，就需要调用 accept 函数进行受理。
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
// 成功时返回文件描述符，失败时返回-1
2.5 编写 HelloWorld 服务器端程序
下面构建服务器端以验证前面提到的函数的调用过程，该服务器端收到连接请求后向请求者返回 Hello World! 答复。
除各种函数的调用顺序外，我们还未涉及任何实际编程。因此，阅读下面代码 hello_server.c 时，请重点关注套接字相关函数的调用过程，不必理解全部示例。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
void error_handling(char *message);
int main(int argc, char *argv[])
{
int serv_sock;
int clnt_sock;
struct sockaddr_in serv_addr;
struct sockaddr_in clnt_addr;
socklen_t clnt_addr_size;
char message[] = "Hello World!";
if (argc != 2)
{
printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
// 调用socket函数创建套接字
serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (serv_sock == -1)
{
error_handling("socket() error");
}
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
// 调用bind函数分配IP地址和端口号
if (bind(serv_sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
{
error_handling("bind() error");
}
// 调用listen函数将套接字转为可接收连接状态
if (listen(serv_sock, 5) == -1)
{
error_handling("listen() error");
}
clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
// 调用accept函数受理连接请求
// 如果在没有连接请求的情况下调用该函数，则不会返回，直到有连接请求为止
clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*) &clnt_addr, &clnt_addr_size);
if (clnt_sock == -1)
{
error_handling("accept() error");
}
// write函数用于传输数据，若程序经过第56行代码执行到本行，则说明已经有了连接请求
write(clnt_sock, message, sizeof(message));
close(clnt_sock);
close(serv_sock);
return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
3.构建打电话套接字
客户端套接字用于请求连接，其创建过程可整理如下。
3.1 调用 socket 函数创建套接字
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
// 成功时返回文件描述符，失败时返回-1
3.2 调用 connect 函数向服务器端发送连接请求
调用 connect 函数：打电话（请求连接）。
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
// 成功时返回0，失败时返回-1
3.3 编写 HelloWorld 客户端程序
下面给出客户端程序代码 hello_client.c，查看以下两项内容：第一，调用socket函数和connect函数；第二，与服务器端共同运行以收发字符串数据。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
void error_handling(char *message);
int main(int argc, char* argv[])
{
int sock;
struct sockaddr_in serv_addr;
char message[30];
int str_len;
if (argc != 3)
{
printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
// 创建套接字，但此时套接字并不马上分为服务器端和客户端
// 如果紧接着调用bind、listen函数，将成为服务器端套接字；如果调用connect函数，将成为客户端套接字
sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock == -1)
{
error_handling("socket() error");
}
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
// 调用connect函数向服务器端发送连接请求
if (connect(sock, (struct sockaddr*) &serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
{
error_handling("connect() error!");
}
str_len = read(sock, message, sizeof(message) - 1);
if (str_len == -1)
{
error_handling("read() error!");
}
printf("Message from server: %s\n", message);
close(sock);
return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
首先编译运行服务器端程序：
gcc hello_server.c -o hserver
./hserver 9190
向 main 函数传递的 9190 为端口号，通过此端口创建服务器端套接字并运行程序，但未传递IP地址，因为可以通过 INADDR_ANY 指定IP地址。
正常情况下服务器端程序将停留在此状态，因为服务器端调用的 accept 函数还未返回。
接下来编译运行客户端程序：
gcc hello_client.c -o hclient
./hclient 127.0.0.1 9190
127.0.0.1 是回送地址（loopback address），指的是计算机自身IP地址。此时服务器端和客户端在同一计算机中运行，因此，连接目标服务器端的地址为 127.0.0.1。当然，若用实际IP地址代替此地址也能正常运转。如果服务器端和客户端分别在 2 2 2 台计算机中运行，则可以输入服务器端IP地址。
客户端输出结果：
Message from server: Hello World!
完成消息传输后，服务器端和客户端都停止运行。