Socket网络编程

本文主要讲解Socket网络编程。 首先介绍socket，包括TCP和UDP通信过程；然后介绍常用的函数；最后编写client-server例子，并进行测试。

文章目录 Socket介绍TCP通信过程服务器端通信过程：客户端通信过程： UDP通信过程服务器端通信过程：客户端通信过程： 常用函数介绍socket函数原型参数介绍 bind函数原型参数介绍 listen函数原型参数介绍 connect函数原型参数介绍 accept函数原型参数介绍 close函数原型参数介绍 recv函数原型参数介绍 send函数原型参数介绍 recvmsg函数原型参数介绍 sendmsg函数原型参数介绍msghdrflag setsockopt函数原型参数介绍 demo服务端代码客户端代码测试结果

Socket介绍

C 语言中的 socket 编程是一种用于在网络上进行通信的编程接口。通过 socket，程序可以在不同的计算机之间进行数据交换，实现网络通信的功能。

TCP通信过程

服务器端通信过程：

创建 Socket：使用 socket() 函数创建一个套接字，指定地址族为 AF_INET，类型为 SOCK_STREAM（表示流式套接字），协议为 IPPROTO_TCP。这一步通常会得到一个套接字描述符。

绑定 Socket：调用 bind() 函数将套接字与服务器所在主机的 IP 地址和端口号绑定。这样服务器就可以监听来自该端口的连接请求。

监听连接请求：使用 listen() 函数开始监听客户端的连接请求，并设置最大连接数。

接受连接：当有客户端发起连接请求时，使用 accept() 函数接受连接，返回一个新的套接字描述符用于与该客户端进行通信。

数据通信：通过新的套接字描述符，使用 send() 和 recv() 函数发送和接收数据。通常在一个循环中进行数据交换，直到通信结束。

关闭连接：通信结束后，关闭新的套接字描述符，释放资源。

客户端通信过程：

创建 Socket：同样使用 socket() 函数创建套接字，地址族为 AF_INET，类型为 SOCK_STREAM，协议为 IPPROTO_TCP。

连接服务器：使用 connect() 函数向服务器发起连接请求，指定服务器的 IP 地址和端口号。

数据通信：连接建立后，使用 send() 和 recv() 函数发送和接收数据，通常也是在一个循环中进行数据交换，直到通信结束。

关闭连接：通信结束后，关闭套接字描述符，释放资源。

UDP通信过程

服务器端通信过程：

创建 Socket：调用socket()函数创建一个套接字，指定地址族为AF_INET，类型为SOCK_DGRAM（数据报套接字），协议为IPPROTO_UDP。这一步通常会得到一个套接字描述符。

绑定 Socket：使用bind()函数将套接字与服务器所在主机的IP地址和端口号绑定。这样服务器就可以监听来自该端口的数据报。

数据通信：通过绑定的套接字描述符，使用sendto()和recvfrom()函数发送和接收数据报。UDP是无连接的协议，因此每次发送数据时都需要指定目标的IP地址和端口号。

关闭连接：通信结束后，关闭套接字描述符，释放资源。

客户端通信过程：

创建 Socket：同样使用socket()函数创建套接字，地址族为AF_INET，类型为SOCK_DGRAM，协议为IPPROTO_UDP。

数据通信：通过创建的套接字描述符，使用sendto()和recvfrom()函数发送和接收数据报。UDP是无连接的协议，因此每次发送数据时都需要指定目标的IP地址和端口号。

关闭连接：通信结束后，关闭套接字描述符，释放资源。

常用函数介绍 socket 函数原型

创建一个新的套接字，返回一个 int 类型的套接字文件描述符，用于后续的网络连接操作。

#include <sys/socket.h> int socket(int domain, int type, int protocol); 参数介绍 domain：指定 Socket AF（Address Family，地址族）可选：AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6） type：指定数据传输方式，可选： SOCK_STREAM（面向连接的 TCP）SOCK_DGRAM（无连接的 UDP）SOCK_RAW（原始 IP 数据包） protocol：指定具体的传输层协议，可选： IPPROTO_TCPIPPTOTO_UDP 函数返回值： 成功：返回 Socket fd。失败：返回 -1。 bind 函数原型

将套接字与一个本地 IP:Port 绑定。通常用于服务端，以便在本地监听网络连接

#include <sys/socket.h> int bind(int socket, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); 参数介绍 socket：指定 Server socket 文件描述符。addr：指定 Server sockaddr 结构体变量，指针类型。addrlen：指定 addr 变量的大小，使用 sizeof() 计算得出。函数返回值： 成功：返回 0。失败：返回 -1。 listen 函数原型

开始监听来自远程主机的连接请求。通常用于服务器端，在套接字上等待来自客户端的连接请求。

#include <sys/socket.h> int listen(int socket, int backlog); 参数介绍 socket：指定需要进入监听状态的 Server socket 文件描述符。backlog：指定请求队列的最大长度，当队列满了之后，就不再接收请求。函数返回值： 成功：返回 0。失败：返回 -1。 connect 函数原型

建立与远程主机的连接。通常用于客户端，以便连接到远程服务器

#include <sys/socket.h> int connect(int socket, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen); 参数介绍 socket：指定 Client socket 文件描述符。serv_addr：指定 Server sockaddr 结构体变量，指针类型。addrlen：指定 addr 变量的大小，使用 sizeof() 计算得出。函数返回值： 成功：返回 0。失败：返回 -1。 accept 函数原型

接受一个连接请求，返回一个新的、表示客户端的 Socket 文件描述符，作为服务端和客户端之间发送与接收操作的句柄。通常用于服务器端，用于接收客户端的连接请求。

#include <sys/socket.h> int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); 参数介绍 socket：指定 Server socket 文件描述符。addr：指定 Client sockaddr 结构体变量，指针类型。addrlen：指定 addr 变量的大小，使用 sizeof() 计算得出。函数返回值： 成功：返回 Client socket fd。失败：返回 -1。 close 函数原型

关闭套接字连接。

#include <unistd.h> int close(int fildes); 参数介绍 fd：指定要关闭的 Socket 的文件描述符。函数返回值： 成功：返回0。失败：返回 -1。 recv 函数原型

从套接字接收数据

#include <sys/socket.h> ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); 参数介绍 sockfd：指定要接收 TCP 数据的 Socket 文件描述符。buf：指定接收数据缓冲区的入口地址。len：指定要接收的数据的 Byte 数目。flags：指定接收数据时的选项，常设为 0。函数返回值： 成功：返回接收的字节数。失败：返回 -1。 send 函数原型

向套接字发送数据。

#include <sys/socket.h> ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); 参数介绍 sockfd：指定要发送 TCP 数据的 Socket 文件描述符。buf：指定发送数据缓冲区入的口地址。len：指定要发送数据的 Byte 数目。flags：指定发送数据时的选项，常设为 0。函数返回值： 成功：返回发送的字节数。失败：返回 -1。 recvmsg 函数原型 #include <sys/socket.h> ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags); 参数介绍 sock：指定要接收 TCP 或 UDP 数据的 Socket 文件描述符。msg：指示将接收的数据存储到 msghdr 结构体中。flags：支持函数的行为，可选 0 或者 MSG_DONTWAIT 等标志位。函数返回值： 成功：返回接收的字节数。失败：返回 -1。 sendmsg 函数原型 #include <sys/socket.h> ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags); 参数介绍 sock：指定要发送 TCP 或 UDP 数据的 Socket 文件描述符。msg：指示 msghdr 结构体中包含了要发送的数据、数据长度等信息。flags：支持函数的行为，可选 0 或者 MSG_DONTWAIT 等标志位。函数返回值： 成功：返回发送的字节数。失败：返回 -1。 msghdr struct msghdr { /* 指定接收或发送数据的对端地址，可以为 NULL 或 0，表示不需要使用对端地址。*/ void *msg_name; /* optional address */ socklen_t msg_namelen; /* size of address */ /* 指定接收或发送数据的缓冲区和缓冲区大小，可以使用多个缓冲区同时接收或发送数据。*/ struct iovec *msg_iov; /* scatter/gather array */ size_t msg_iovlen; /* # elements in msg_iov */ /* 指定一些附加的控制信息，可以为 NULL 或 0。*/ void *msg_control; /* ancillary data, see below */ size_t msg_controllen; /* ancillary data buffer len */ /* 指定函数的行为，例如是否需要接收带外数据等。*/ int msg_flags; /* flags on received message */ }; flag MSG_PEEK：允许从接收队列中查看数据而不将其删除。这意味着，如果接收队列中有数据，recv() 函数将返回数据的一个副本，但是该数据仍将留在接收队列中。这对于查看接收队列中的数据而不实际处理它们非常有用。此外，使用 MSG_PEEK 选项，我们可以检查套接字缓冲区中是否有足够的数据可供读取，以便稍后调用 recv() 函数。MSG_WAITALL：如果套接字缓冲区中没有足够的数据，则 recv() 函数将一直等待，直到收到请求的数据量。MSG_DONTWAIT：指定此标志后，recv() 函数将立即返回，即使没有收到数据也不会阻塞。如果没有数据可用，则 recv() 将返回 -1，并将 errno 设置为 EAGAIN 或 EWOULDBLOCK。MSG_OOB：用于处理带外数据，即紧急数据。带外数据不遵循正常的传输控制协议（如 TCP），可以使用此标志将其标记为紧急数据并将其与其他数据分开处理。MSG_TRUNC：如果接收缓冲区中的数据比接收缓冲区长度长，则截断数据并返回。MSG_CTRUNC：如果接收缓冲区中的控制消息（例如带外数据或错误消息）比接收缓冲区长度长，则截断消息并返回。 setsockopt 函数原型

设置socket选项值

#include <sys/socket.h> int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen); 参数介绍 sockfd：指定 socket fd。level：指定选项的协议层，可选 SOL_SOCKET、IPPROTO_TCP、IPPROTO_IP 等。optname：指定要设置的选项名。 SO_REUSEADDR：int 类型，表示重用 IP 地址。SO_KEEPALIVE：int 类型，用于启用/禁用 Keepalive（保持连接）功能。SO_LINGER：struct linger 类型，用于指定关闭套接字时的行为。TCP_NODELAY：int 类型，用于禁用 Nagle 算法，从而实现数据的实时传输。 optval：指定存放选项值的缓冲区入口。optlen：指定选项值缓冲区的长度。函数返回值： 成功：0。失败：-1，并设置了 errno 错误码。 demo 服务端代码 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> #define PORT 8888 #define MAXLINE 1024 int main() { int sockfd, connfd; char buffer[MAXLINE]; struct sockaddr_in servaddr, cli; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建TCP套接字 if (sockfd == -1) { printf("socket creation failed"); return EXIT_FAILURE; } // 设置服务器地址结构 servaddr.sin_family = AF_INET; // IPv4 servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; servaddr.sin_port = htons(PORT); // 绑定服务器套接字 if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) != 0) { printf("socket bind failed"); return EXIT_FAILURE; } // 监听连接 if (listen(sockfd, 5) != 0) { printf("listen failed"); return EXIT_FAILURE; } socklen_t len = sizeof(cli); // 接受连接 connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&cli, &len); if (connfd < 0) { printf("server accept failed"); return EXIT_FAILURE; } // 读取客户端消息 ssize_t num = recv(connfd, buffer, sizeof(buffer),0); if (num < 0){ printf("read data from client fail, num=%ld\n", num); return EXIT_FAILURE; } printf("Client message: %s, size: %ld\n", buffer, num); char * data = "hello world"; // 发送消息给客户端 num = send(connfd, data, strlen(data),0); if (num < 0){ printf("write data to client fail, num=%ld\n", num); return EXIT_FAILURE; } // 关闭连接 close(sockfd); return 0; } 客户端代码 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> #define PORT 8888 #define MAXLINE 1024 int main() { int sockfd; char buffer[MAXLINE]; struct sockaddr_in servaddr; // 创建TCP套接字 sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (sockfd == -1) { printf("socket creation failed\n"); return EXIT_FAILURE; } // 设置服务器地址结构 servaddr.sin_family = AF_INET; // IPv4 servaddr.sin_port = htons(PORT); servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 连接服务器 if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) != 0 ) { printf("connection with server failed\n"); return EXIT_FAILURE; } char *data = "client send data"; // 发送消息给服务器 ssize_t num = send(sockfd, data, strlen(data),0); if (num < 0 ) { printf("write data to server fail\n"); return EXIT_FAILURE; } // 读取服务器响应 num = recv(sockfd, buffer, sizeof(buffer),0); if (num < 0 ) { printf("read data from client fail\n"); return EXIT_FAILURE; } printf("Server response: %s\n", buffer); // 关闭连接 close(sockfd); return 0; } 测试结果

编译和运行服务端： 编译和运行客户端：