Linux Socket 编程

一、 Socket 概述

Socket 是一种用于在不同进程间进行网络通信的机制，也是 Linux 下网络编程的基础，也就是说在 Linux 下进行网络通信主要就是使用 Socket。

其中 Socket 可以描述成是文件描述符，它是一个整数，就像文件描述符一样可以使用 read、write、close 等函数对它进行操作。Socket 可以分为两种类型：流式 Socket 和数据报式 Socket。

二、网络编程基础 API

下面先列举一些 Network编程基础 API：

    //创建 Socket
    int socket(int domain, int type, int protocol);

    //命名 Socket
    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    //将未连接的 Socket 转换为连接的 Socket
    int listen(int sockfd, int backlog);

    //向 Socket 发送数据
    ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

    //从 Socket 接收数据
    ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

    //建立连接请求的服务端
    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

    //发起连接请求的客户端
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    // 关闭 Socket
    int close(int sockfd);

三、流式 Socket

流式 Socket 是由 TCP 协议提供服务的，主要用于可靠的、有序的、基于连接的数据传输，特点如下：

1.面向连接；

2.提供可靠的数据传输；

3.通过三次握手连接，确保连接的建立；

4.数据是按顺序传输的，不存在数据丢失、重复等问题。

3.1 服务端实现

    // 创建 Socket
    int server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 命名 Socket
    struct sockaddr_in server_address;
    server_address.sin_family = AF_INET; // 地址族
    server_address.sin_port = htons(12345); // 端口号
    server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // IP 地址，INADDR_ANY 表示可以接收任何地址
    bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));

    // 将未连接的 Socket 转换为连接的 Socket
    listen(server_sockfd, 5);

    // 服务端等待客户端的连接请求
    int client_sockfd;
    struct sockaddr_in client_address;
    socklen_t client_len = sizeof(client_address);
    client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_len);

    // 向客户端发送数据
    char message[] = "Hello, client!";
    write(client_sockfd, message, sizeof(message));

    // 关闭 Socket
    close(client_sockfd);
    close(server_sockfd);

3.2 客户端实现

    // 创建 Socket
    int client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 向服务端发起连接请求
    struct sockaddr_in server_address;
    server_address.sin_family = AF_INET; // 地址族
    server_address.sin_port = htons(12345); // 端口号
    server_address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    connect(client_sockfd, (struct sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address));

    // 从服务端接收数据
    char message[1024];
    read(client_sockfd, message, sizeof(message));
    printf("Message from server: %s\n", message);

    // 关闭 Socket
    close(client_sockfd);

四、数据报式 Socket

数据报式 Socket 是由 UDP 协议提供服务的，主要用于无连接、不可靠、允许数据失去和重复等问题的数据传输，特点如下：

1.无连接；

2.数据传输不可靠；

3.没有三次握手连接，也无需维护连接状态；

4.数据传输可能丢失、重复等问题。

4.1 服务端实现

    // 创建 Socket
    int server_sockfd;
    server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    // 命名 Socket
    struct sockaddr_in server_address;
    server_address.sin_family = AF_INET; // 地址族
    server_address.sin_port = htons(12345); // 端口号
    server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // IP 地址，INADDR_ANY 表示可以接收任何地址
    bind(server_sockfd, (struct sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address));

    // 接收客户端发送的数据
    char message[1024];
    struct sockaddr_in client_address;
    socklen_t client_len = sizeof(client_address);
    recvfrom(server_sockfd, message, sizeof(message), 0, (struct sockaddr*)&client_address, &client_len);
    printf("message from client: %s\n", message);

    // 向客户端发送数据
    char reply[] = "Hello, client!";
    sendto(server_sockfd, reply, sizeof(reply), 0, (struct sockaddr *)&client_address, client_len);

    // 关闭 Socket
    close(server_sockfd);

4.2 客户端实现

    // 创建 Socket
    int client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    // 向服务端发送数据
    char message[] = "Hello, server!";
    struct sockaddr_in server_address;
    server_address.sin_family = AF_INET; // 地址族
    server_address.sin_port = htons(12345); // 端口号
    server_address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    sendto(client_sockfd, message, sizeof(message), 0, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));

    // 接收服务端发送的数据
    char reply[1024];
    struct sockaddr_in reply_address;
    socklen_t reply_len = sizeof(reply_address);
    recvfrom(client_sockfd, reply, sizeof(reply), 0, (struct sockaddr *)&reply_address, &reply_len);
    printf("reply from server: %s\n", reply);

    // 关闭 Socket
    close(client_sockfd);

五、总结

Linux Socket 编程是进行网络通信的基础，对于理解网络通信原理、网络编程都非常重要。本文主要介绍了流式 Socket 和数据报式 Socket 的创建、命名、通信等基本操作，通过代码示例的方式进行详细阐述。