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关于socket的认识理解

2016-08-03 15:57 246 查看
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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

ARP (地址解析协议)是一个位于TCP/IP协议栈中的底层协议,用于映射计算机的物理地址与网络IP地址。根据主机发送的IP地址获取主机的MAC地址。

RARP的与ARP正好相反

Ping(因特网包探索器)是一个用于测试网络连接量的程序,它使用ICMP(因特网网控制报文协议)。Ping发送一个ICMP请求信息给目的地并报告是否收到所希望的ICMP应答。来检查网络是否通畅或者网络连接速度的ICMP应答。

ICMP与IGMP的区别

ICMP协议是指英文全称(Internet Control Message Protocol),就是网际控制信息协议。主要是用于补充IP传输数据报的过程中,发送主机无法确定数据报是否到达目标主机。ICMP报文分为出错报告报文和查询报文两种。若数据报不能到达目标主机,ICMP出错报告报文可以以回送信息的方式,向源主机发去信息,并不能纠正数据报中的任何出错。除了出错报告,ICMP还可以诊断出某些网络问题,这就是ICMP的查询报文。
而IGMP协议是指英文全称(Internet Group Management Protocol),网络组管理协议。主要用于建立和管理多播组,对IP分组广播进行控制。
其次两者的区别:
internet控制消息协议ICMP是用于报告错误并代表IP对消息进行控制。IP运用互联组管理协议IGMP来告诉路由器,某一网络上指导组中的可用主机。ICMP源抑制消息:当TCP/IP主机发送数据到另一主机时,如果速度达到路由器或者链路的饱和状态,路由器发出一个ICMP源抑制消息。


  

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(Facade)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。

服务端的socket与固定的端口相连,而客户端的socket所连接的端口不固定。

  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;
DWORDdwThreadID = 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);
//得到客户端的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()
{
DWORDdwIP = 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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