轉自：http://blog.csdn.net/dlutbrucezhang/article/details/8577810
我們深谙資訊交流的價值，那網絡中程序之間如何通信，如我們每天打開浏覽器浏覽網頁時，浏覽器的程序怎麼與web伺服器通信的？當你用QQ聊天時，QQ程序怎麼與伺服器或你好友所在的QQ程序通信？這些都得靠socket？那什麼是socket？socket的類型有哪些？還有socket的基本函數，這些都是本文想介紹的。本文的主要内容如下：
1、網絡中程序之間如何通信？
2、Socket是什麼？
3、socket的基本操作
3.1、socket()函數
3.2、bind()函數
3.3、listen()、connect()函數
3.4、accept()函數
3.5、read()、write()函數等
3.6、close()函數
4、socket中TCP的三次握手建立連接配接詳解
5、socket中TCP的四次握手釋放連接配接詳解
6、一個例子
本地的程序間通信（IPC）有很多種方式，但可以總結為下面4類：
消息傳遞（管道、FIFO、消息隊列）
同步（互斥量、條件變量、讀寫鎖、檔案和寫記錄鎖、信号量）
共享記憶體（匿名的和具名的）
遠端過程調用（Solaris門和Sun RPC）
但這些都不是本文的主題！我們要讨論的是網絡中程序之間如何通信？首要解決的問題是如何唯一辨別一個程序，否則通信無從談起！在本地可以通過程序PID來唯一辨別一個程序，但是在網絡中這是行不通的。其實TCP/IP協定族已經幫我們解決了這個問題，網絡層的“ip位址”可以唯一辨別網絡中的主機，而傳輸層的“協定+端口”可以唯一辨別主機中的應用程式（程序）。這樣利用三元組（ip位址，協定，端口）就可以辨別網絡的程序了，網絡中的程序通信就可以利用這個标志與其它程序進行互動。
使用TCP/IP協定的應用程式通常采用應用程式設計接口：UNIX BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經被淘汰），來實作網絡程序之間的通信。就目前而言，幾乎所有的應用程式都是采用socket，而現在又是網絡時代，網絡中程序通信是無處不在，這就是我為什麼說“一切皆socket”。
上面我們已經知道網絡中的程序是通過socket來通信的，那什麼是socket呢？socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆檔案”，都可以用“打開open –> 讀寫write/read –> 關閉close”模式來操作。我的了解就是Socket就是該模式的一個實作，socket即是一種特殊的檔案，一些socket函數就是對其進行的操作（讀/寫IO、打開、關閉），這些函數我們在後面進行介紹。
既然socket是“open—write/read—close”模式的一種實作，那麼socket就提供了這些操作對應的函數接口。下面以TCP為例，介紹幾個基本的socket接口函數。
socket函數對應于普通檔案的打開操作。普通檔案的打開操作傳回一個檔案描述字，而socket()用于建立一個socket描述符（socket descriptor），它唯一辨別一個socket。這個socket描述字跟檔案描述字一樣，後續的操作都有用到它，把它作為參數，通過它來進行一些讀寫操作。
正如可以給fopen的傳入不同參數值，以打開不同的檔案。建立socket的時候，也可以指定不同的參數建立不同的socket描述符，socket函數的三個參數分别為：
domain：即協定域，又稱為協定族（family）。常用的協定族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。協定族決定了socket的位址類型，在通信中必須采用對應的位址，如AF_INET決定了要用ipv4位址（32位的）與端口号（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名作為位址。
type：指定socket類型。常用的socket類型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的類型有哪些？）。
protocol：故名思意，就是指定協定。常用的協定有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分别對應TCP傳輸協定、UDP傳輸協定、STCP傳輸協定、TIPC傳輸協定（這個協定我将會單獨開篇讨論！）。
注意：并不是上面的type和protocol可以随意組合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合。當protocol為0時，會自動選擇type類型對應的預設協定。
當我們調用socket建立一個socket時，傳回的socket描述字它存在于協定族（address family，AF_XXX）空間中，但沒有一個具體的位址。如果想要給它指派一個位址，就必須調用bind()函數，否則就當調用connect()、listen()時系統會自動随機配置設定一個端口。
正如上面所說bind()函數把一個位址族中的特定位址賦給socket。例如對應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6位址和端口号組合賦給socket。
函數的三個參數分别為：
sockfd：即socket描述字，它是通過socket()函數建立了，唯一辨別一個socket。bind()函數就是将給這個描述字綁定一個名字。
addr：一個const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協定位址。這個位址結構根據位址建立socket時的位址協定族的不同而不同，如ipv4對應的是：
ipv6對應的是：
Unix域對應的是：
addrlen：對應的是位址的長度。
通常伺服器在啟動的時候都會綁定一個衆所周知的位址（如ip位址+端口号），用于提供服務，客戶就可以通過它來接連伺服器；而用戶端就不用指定，有系統自動配置設定一個端口号和自身的ip位址組合。這就是為什麼通常伺服器端在listen之前會調用bind()，而用戶端就不會調用，而是在connect()時由系統随機生成一個。
如果作為一個伺服器，在調用socket()、bind()之後就會調用listen()來監聽這個socket，如果用戶端這時調用connect()發出連接配接請求，伺服器端就會接收到這個請求。
listen函數的第一個參數即為要監聽的socket描述字，第二個參數為相應socket可以排隊的最大連接配接個數。socket()函數建立的socket預設是一個主動類型的，listen函數将socket變為被動類型的，等待客戶的連接配接請求。
connect函數的第一個參數即為用戶端的socket描述字，第二參數為伺服器的socket位址，第三個參數為socket位址的長度。用戶端通過調用connect函數來建立與TCP伺服器的連接配接。
TCP伺服器端依次調用socket()、bind()、listen()之後，就會監聽指定的socket位址了。TCP用戶端依次調用socket()、connect()之後就想TCP伺服器發送了一個連接配接請求。TCP伺服器監聽到這個請求之後，就會調用accept()函數取接收請求，這樣連接配接就建立好了。之後就可以開始網絡I/O操作了，即類同于普通檔案的讀寫I/O操作。
accept函數的第一個參數為伺服器的socket描述字，第二個參數為指向struct sockaddr *的指針，用于傳回用戶端的協定位址，第三個參數為協定位址的長度。如果accpet成功，那麼其傳回值是由核心自動生成的一個全新的描述字，代表與傳回客戶的TCP連接配接。
注意：accept的第一個參數為伺服器的socket描述字，是伺服器開始調用socket()函數生成的，稱為監聽socket描述字；而accept函數傳回的是已連接配接的socket描述字。一個伺服器通常通常僅僅隻建立一個監聽socket描述字，它在該伺服器的生命周期内一直存在。核心為每個由伺服器程序接受的客戶連接配接建立了一個已連接配接socket描述字，當伺服器完成了對某個客戶的服務，相應的已連接配接socket描述字就被關閉。
萬事具備隻欠東風，至此伺服器與客戶已經建立好連接配接了。可以調用網絡I/O進行讀寫操作了，即實作了網咯中不同程序之間的通信！網絡I/O操作有下面幾組：
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()
我推薦使用recvmsg()/sendmsg()函數，這兩個函數是最通用的I/O函數，實際上可以把上面的其它函數都替換成這兩個函數。它們的聲明如下：
read函數是負責從fd中讀取内容.當讀成功時，read傳回實際所讀的位元組數，如果傳回的值是0表示已經讀到檔案的結束了，小于0表示出現了錯誤。如果錯誤為EINTR說明讀是由中斷引起的，如果是ECONNREST表示網絡連接配接出了問題。
write函數将buf中的nbytes位元組内容寫入檔案描述符fd.成功時傳回寫的位元組數。失敗時傳回-1，并設定errno變量。 在網絡程式中，當我們向套接字檔案描述符寫時有倆種可能。1)write的傳回值大于0，表示寫了部分或者是全部的資料。2)傳回的值小于0，此時出現了錯誤。我們要根據錯誤類型來處理。如果錯誤為EINTR表示在寫的時候出現了中斷錯誤。如果為EPIPE表示網絡連接配接出現了問題(對方已經關閉了連接配接)。
其它的我就不一一介紹這幾對I/O函數了，具體參見man文檔或者baidu、Google，下面的例子中将使用到send/recv。
在伺服器與用戶端建立連接配接之後，會進行一些讀寫操作，完成了讀寫操作就要關閉相應的socket描述字，好比操作完打開的檔案要調用fclose關閉打開的檔案。
close一個TCP socket的預設行為時把該socket标記為以關閉，然後立即傳回到調用程序。該描述字不能再由調用程序使用，也就是說不能再作為read或write的第一個參數。
注意：close操作隻是使相應socket描述字的引用計數-1，隻有當引用計數為0的時候，才會觸發TCP用戶端向伺服器發送終止連接配接請求。
我們知道tcp建立連接配接要進行“三次握手”，即交換三個分組。大緻流程如下：
用戶端向伺服器發送一個SYN J
伺服器向用戶端響應一個SYN K，并對SYN J進行确認ACK J+1
用戶端再想伺服器發一個确認ACK K+1
隻有就完了三次握手，但是這個三次握手發生在socket的那幾個函數中呢？請看下圖：
圖1、socket中發送的TCP三向交握
從圖中可以看出，當用戶端調用connect時，觸發了連接配接請求，向伺服器發送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀态；伺服器監聽到連接配接請求，即收到SYN J包，調用accept函數接收請求向用戶端發送SYN
K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀态；用戶端收到伺服器的SYN K ，ACK J+1之後，這時connect傳回，并對SYN K進行确認；伺服器收到ACK K+1時，accept傳回，至此三次握手完畢，連接配接建立。
總結：用戶端的connect在三次握手的第二個次傳回，而伺服器端的accept在三次握手的第三次傳回。
上面介紹了socket中TCP的三次握手建立過程，及其涉及的socket函數。現在我們介紹socket中的四次握手釋放連接配接的過程，請看下圖：
圖2、socket中發送的TCP四次握手
圖示過程如下：
某個應用程序首先調用close主動關閉連接配接，這時TCP發送一個FIN M；
另一端接收到FIN M之後，執行被動關閉，對這個FIN進行确認。它的接收也作為檔案結束符傳遞給應用程序，因為FIN的接收意味着應用程序在相應的連接配接上再也接收不到額外資料；
一段時間之後，接收到檔案結束符的應用程序調用close關閉它的socket。這導緻它的TCP也發送一個FIN N；
接收到這個FIN的源發送端TCP對它進行确認。
這樣每個方向上都有一個FIN和ACK。
6.下面給出實作的一個執行個體
首先，先給出實作的截圖
伺服器端代碼如下：
#include "InitSock.h"
#include <stdio.h>
#include <iostream>
using namespace std;
CInitSock initSock; // 初始化Winsock庫
int main()
{
// 建立套節字
SOCKET sListen = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//用來指定套接字使用的位址格式，通常使用AF_INET
//指定套接字的類型，若是SOCK_DGRAM，則用的是udp不可靠傳輸
//配合type參數使用，指定使用的協定類型（當指定套接字類型後，可以設定為0，因為預設為UDP或TCP）
if(sListen == INVALID_SOCKET)
{
printf("Failed socket() \n");
return 0;
}
// 填充sockaddr_in結構 ,是個結構體
/* struct sockaddr_in {
short sin_family; //位址族（指定位址格式） ，設為AF_INET
u_short sin_port; //端口号
struct in_addr sin_addr; //IP位址
char sin_zero[8]; //空子節，設為空
} */
sockaddr_in sin;
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(4567); //1024 ~ 49151：普通使用者注冊的端口号
sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;
// 綁定這個套節字到一個本地位址
if(::bind(sListen, (LPSOCKADDR)&sin, sizeof(sin)) == SOCKET_ERROR)
printf("Failed bind() \n");
// 進入監聽模式
//2指的是，監聽隊列中允許保持的尚未處理的最大連接配接數
if(::listen(sListen, 2) == SOCKET_ERROR)
printf("Failed listen() \n");
// 循環接受客戶的連接配接請求
sockaddr_in remoteAddr;
int nAddrLen = sizeof(remoteAddr);
SOCKET sClient = 0;
char szText[] = " TCP Server Demo! \r\n";
while(sClient==0)
// 接受一個新連接配接
//（(SOCKADDR*)&remoteAddr）一個指向sockaddr_in結構的指針，用于擷取對方位址
sClient = ::accept(sListen, (SOCKADDR*)&remoteAddr, &nAddrLen);
if(sClient == INVALID_SOCKET)
{
printf("Failed accept()");
}
printf("接受到一個連接配接：%s \r\n", inet_ntoa(remoteAddr.sin_addr));
continue ;
while(TRUE)
// 向用戶端發送資料
gets(szText) ;
::send(sClient, szText, strlen(szText), 0);
// 從用戶端接收資料
char buff[256] ;
int nRecv = ::recv(sClient, buff, 256, 0);
if(nRecv > 0)
buff[nRecv] = '\0';
printf(" 接收到資料：%s\n", buff);
// 關閉同用戶端的連接配接
::closesocket(sClient);
// 關閉監聽套節字
::closesocket(sListen);
return 0;
}
用戶端代碼：
#include <iostream>
SOCKET s = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if(s == INVALID_SOCKET)
printf(" Failed socket() \n");
// 也可以在這裡調用bind函數綁定一個本地位址
// 否則系統将會自動安排
// 填寫遠端位址資訊
sockaddr_in servAddr;
servAddr.sin_family = AF_INET;
servAddr.sin_port = htons(4567);
// 注意，這裡要填寫伺服器程式（TCPServer程式）所在機器的IP位址
// 如果你的計算機沒有聯網，直接使用127.0.0.1即可
servAddr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");
if(::connect(s, (sockaddr*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == -1)
printf(" Failed connect() \n");
char buff[256];
char szText[256] ;
//從伺服器端接收資料
int nRecv = ::recv(s, buff, 256, 0);
printf("接收到資料：%s\n", buff);
// 向伺服器端發送資料
szText[255] = '\0';
::send(s, szText, strlen(szText), 0) ;
// 關閉套節字
::closesocket(s);
封裝的InitSock.h
#include <winsock2.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib, "WS2_32") // 連結到WS2_32.lib
class CInitSock
public:
CInitSock(BYTE minorVer = 2, BYTE majorVer = 2)
// 初始化WS2_32.dll
WSADATA wsaData;
WORD sockVersion = MAKEWORD(minorVer, majorVer);
if(::WSAStartup(sockVersion, &wsaData) != 0)
exit(0);
~CInitSock()
{
::WSACleanup();
};
本文出處:
作者：吳秦
出處：http://www.cnblogs.com/skynet/