揭开Socket编程的面纱

君子不器 2014年11月17日 编程世界 4401次阅读 查看评论

  对TCP/IP、UDP、Socket编程这些词你不会很陌生吧?随着网络技术的发展,这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问:

  1. 什么是TCP/IP、UDP?

  2. Socket在哪里呢?

  3. Socket是什么呢?

  4. 你会使用它们吗?

  什么是TCP/IP、UDP?

  TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)即传输控制协议/网间协议,是一个工业标准的协议集,它是为广域网(WANs)设计的。

  UDP(User Data Protocol,用户数据报协议)是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。

  这里有一张图,表明了这些协议的关系。

  

  图1

  TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。

  Socket在哪里呢?

  在图1中,我们没有看到Socket的影子,那么它到底在哪里呢?还是用图来说话,一目了然。

  

  图2

  原来Socket在这里。

  Socket是什么呢?

  Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层,它是一组接口。在设计模式中,Socket其实就是一个门面模式,它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面,对用户来说,一组简单的接口就是全部,让Socket去组织数据,以符合指定的协议。

  你会使用它们吗?

  前人已经给我们做了好多的事了,网络间的通信也就简单了许多,但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程,觉得它是比较高深的编程知识,但是只要弄清Socket编程的工作原理,神秘的面纱也就揭开了。

  一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友,先拨号,朋友听到电话铃声后提起电话,这时你和你的朋友就建立起了连接,就可以讲话了。等交流结束,挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理,也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中,这也不一定。

  

  图3

  先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket,然后与端口绑定(bind),对端口进行监听(listen),调用accept阻塞,等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket,然后连接服务器(connect),如果连接成功,这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求,服务器端接收请求并处理请求,然后把回应数据发送给客户端,客户端读取数据,最后关闭连接,一次交互结束。

  在这里我就举个简单的例子,我们走的是TCP协议这条路(见图2)。例子用MFC编写,运行的界面如下:

  

  图4

  

  图5

  在客户端输入服务器端的IP地址和发送的数据,然后按发送按钮,服务器端接收到数据,然后回应客户端。客户端读取回应的数据,显示在界面上。

  下面是接收数据和发送数据的函数:

  int Receive(SOCKET fd,char *szText,int len)

  {

  int cnt;

  int rc;

  cnt=len;

  while(cnt>0)

  {

  rc=recv(fd,szText,cnt,0);

  if(rc==SOCKET_ERROR)

  {

  return -1;

  }

  if(rc==0)

  return len-cnt;

  szText+=rc;

  cnt-=rc;

  }

  return len;

  }

  int Send(SOCKET fd,char *szText,int len)

  {

  int cnt;

  int rc;

  cnt=len;

  while(cnt>0)

  {

  rc=send(fd,szText,cnt,0);

  if(rc==SOCKET_ERROR)

  {

  return -1;

  }

  if(rc==0)

  return len-cnt;

  szText+=rc;

  cnt-=rc;

  }

  return len;

  }

  服务器端:

  在服务器端,主要是启动Socket和监听线程。

  #define DEFAULT_PORT 2000

  void CServerDlg::OnStart()

  {

  sockaddr_in local;

  DWORD dwThreadID = 0;

  local.sin_family=AF_INET;

  //设置的端口为DEFAULT_PORT。

  local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);

  //IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。

  local.sin_addr.S_un.S_addr=INADDR_ANY;

  //初始化Socket

  m_Listening = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

  if(m_Listening == INVALID_SOCKET)

  {

  return ;

  }

  //将本地地址绑定到所创建的套接字上

  if(bind(m_Listening,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) == SOCKET_ERROR )

  {

  closesocket(m_Listening);

  return ;

  }

  //创建监听线程,这样也能响应界面上操作。

  m_hListenThread = ::CreateThread(NULL,0,ListenThread,this,0,&dwThreadID);

  m_StartBtn.EnableWindow(FALSE);

  m_StopBtn.EnableWindow(TRUE);

  }

  监听线程函数:

  DWORD WINAPI CServerDlg::ListenThread(LPVOID lpparam)

  {

  CServerDlg* pDlg = (CServerDlg*)lpparam;

  if(pDlg == NULL)

  return 0;

  SOCKET Listening = pDlg->m_Listening;

  //开始监听是否有客户端连接。

  if(listen(Listening,40) == SOCKET_ERROR)

  {

  return 0;

  }

  char szBuf[MAX_PATH];

  //初始化

  memset(szBuf,0,MAX_PATH);

  while(1)

  {

  SOCKET ConnectSocket;

  sockaddr_in ClientAddr;

  int nLen = sizeof(sockaddr);

  //阻塞直到有客户端连接,不然多浪费CPU资源。

  ConnectSocket = accept(Listening,(sockaddr*)&ClientAddr,&nLen);

  //都到客户端的IP地址。

  char *pAddrname = inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr);

  pDlg->Receive(ConnectSocket,szBuf,100);

  //界面上显示请求数据。

  pDlg->SetRequestText(szBuf);

  strcat(szBuf," :我是老猫,收到(");

  strcat(szBuf,pAddrname);

  strcat(szBuf,")");

  //向客户端发送回应数据

  pDlg->Send(ConnectSocket,szBuf,100);

  }

  return 0;

  }

  服务器端一直在监听是否有客户端连接,如有连接,处理客户端的请求,给出回应,然后继续监听。

  客户端:

  客户端的发送函数:

  #define DEFAULT_PORT 2000

  void CClientDlg::OnSend()

  {

  DWORD dwIP = 0;

  TCHAR szText[MAX_PATH];

  memset(szText,0,MAX_PATH);

  m_IP.GetWindowText(szText,MAX_PATH);

  //把字符串形式的IP地址转成IN_ADDR结构需要的形式。

  dwIP = inet_addr(szText);

  m_RequestEdit.GetWindowText(szText,MAX_PATH);

  sockaddr_in local;

  SOCKET socketTmp;

  //必须是AF_INET,表示该socket在Internet域中进行通信

  local.sin_family=AF_INET;

  //端口号

  local.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);

  //服务器的IP地址。

  local.sin_addr.S_un.S_addr=dwIP;

  ////初始化Socket

  socketTmp=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

  //连接服务器

  if(connect(socketTmp,(LPSOCKADDR)&local,sizeof(local)) < 0)

  {

  closesocket(socketTmp);

  MessageBox("连接服务器失败。");

  return ;

  }

  //发送请求,为简单只发100字节,在服务器端也规定100字节。

  Send(socketTmp,szText,100);

  //读取服务器端返回的数据。

  memset(szText,0,MAX_PATH);

  //接收服务器端的回应。

  Receive(socketTmp,szText,100);

  TCHAR szMessage[MAX_PATH];

  memset(szMessage,0,MAX_PATH);

  strcat(szMessage,szText);

  //界面上显示回应数据。

  m_ReplyBtn.SetWindowText(szMessage);

  closesocket(socketTmp);

  }

  客户端就一个函数完成了一次通信。在这里IP地址为何用127.0.0.1呢?使用这个IP地址,服务器端和客户端就能运行在同一台机器上,这样调试方便多了。当然你可以在你朋友的机器上运行Server程序(本人在局域网中测试过),在自己的机器上运行Client程序,当然输入的IP地址就该是你朋友机器的IP地址了。

  简单的理论和实践都说了,现在Socket编程不神秘了吧?希望对你有些帮助。

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