c++ socket基于TCP

embedded/2024/10/18 8:38:15/

linux网络编程基础api

  1. socket 地址api：ip地址和端口对，成为 soccket 地址。

  2. socket 基础api： sys/socket.h 中，包括创建、命名、监听 socket ；接受连接、发起连接、读写数据、获取地址信息、检测带外标记、读取设置 socket 选项

  3. 网络信息api：主机名和ip地址之间的转换、服务名称和端口号之间的转换。 netdb.h 中。

socket通信过程

  1. server端
    创建socket()->绑定地址和端口bind()->监听连接listen()->接受连接accept()->发送数据send()->关闭socket close()
  2. client
    创建socket()->IP地址转换inet_pton()->连接到服务端connect()->接收数据read()->关闭socket close()

  • TCP：可靠传输，三次握手建立连接，传出去一定接受的到（如聊天软件）；

  • UDP：不可靠传输，不需要建立连接，只管发送，实时性好（如视频会议）；

  • 套接字：表示通信的端点。就像用电话通信，套接字相当于电话，IP地址相当于总机号码，而端口号则相当于分机号码。

TCP：

 UDP:

socket地址

  1. 协议族和地址
    +=========+=========+==============+
    |     协议族     |     地址族    |          描   述          |
    +=========+=========+==============+
    |  PF_UNIX   |  AF_UNIX   |UNIX本地域协议族|
    +=========+=========+==============+
    |  PF_INET    |   AF_INET   |  TCP/IPv4协议族  |
    +=========+=========+==============+
    |  PF_INET6  |  AF_INET6 |  TCP/IPv6协议族   |
    +=========+=========+==============+

  2. tcp/ip 协议族有 sockaddr_in  和 sockaddr_in6两个专用socket地址结构体，分别用于ipv4和ipv6。

// TCP/IPv4协议族
struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; /* 地址族 */in_port_t sin_port;  /* Port number.*/struct in_addr sin_addr; /*Internet address.  */
};struct in_addr {in_addr_t s_addr;
};// TCP/IPv6协议族
struct sockaddr_in6 {sa_family_t sin6_family; /* 地址族 */in_port_t sin6_port;	 /* Transport layer port # */uint32_t sin6_flowinfo;	 /* IPv6 flow information  = 0*/struct in6_addr sin6_addr;	/* IPv6 address */uint32_t sin6_scope_id;	 /* IPv6 scope-id */
};struct in6_addr {unsigned charsa_addr[16]; /* IPv6要用网络字节序表示 */
};

ip转换函数

  1. 将点分十进制的 IPv4 地址转换为网络字节序整数表示的 IPv4 地址，是为了方便在网络通信中使用。整数形式的 IP 地址更容易存储、传输和比较。

  2. 将“192.168.1.1” 转换为010101···的值

# include <arpa/inet.h>in_addr_t inet_addr( const char* strptr);   //将点分十进制的ipv4转化为网络字节序整数表示的ipv4int inet_aton(const char * cp, struct in_addr* inp); //与上功能相同，但是转化结果存储与参数imp的地址结构中。返回1或0 表示成功或失败。char* inet_ntoa( struct in_addr in );   //将网络字节序整数转化为点分十进制ipv4，该函数内部用一个静态变量存储静态结果，因此是不可重入的。

创建socket

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);int server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

  • domain：指定要使用的协议族，常用的有 AF_INET（IPv4 地址族）和 AF_INET6（IPv6 地址族）。

  • type：指定套接字的类型，常用的有 SOCK_STREAM（流套接字，用于 TCP）和 SOCK_DGRAM（数据报套接字，用于 UDP）。

  • protocol：指定要使用的协议，通常为 0，表示使用默认协议。

  • 返回值：成功创建返回 0，失败返回 -1。

函数作用：socket 函数用于创建一个套接字（socket），并返回一个文件描述符，该描述符可以用于后续的套接字操作，如绑定地址、监听连接、发送和接收数据等。

绑定地址和端口

    struct sockaddr_in address;address.sin_family = AF_INET;     // TCP/IPv4   AF_INET6:TCP/IPv6address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 地址address.sin_port = htons(8080); // 端口号if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) == -1) {std::cerr << "Error: Failed to bind\n";return 1;}
  1. int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

  • sockfd：要绑定地址的套接字文件描述符。

  • addr：要绑定的地址信息，通常是一个 struct sockaddr 结构体指针，需要进行类型转换。

  • addrlen：地址信息的长度。

  • 返回值：成功绑定返回 0，失败返回 -1。

函数作用：bind 函数将一个套接字绑定到一个地址，使得该套接字可以在网络中被标识。对于服务器程序来说，通常在调用 bind 后还需要调用 listen 函数开始监听连接。对于客户端程序来说，通常不需要显式调用 bind 函数。

监听连接

    int listen(int sockfd, int backlog);if (listen(server_fd, 3) == -1) {std::cerr << "Error: Failed to listen\n";return 1;}
  • sockfd：套接字文件描述符，即要监听的套接字。
  • backlog：指定在拒绝新连接之前，操作系统可以挂起的最大连接数。
  • 返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

函数作用：listen 函数将指定的套接字设置为监听状态，使其可以接受连接。backlog 参数指定操作系统可以挂起的最大连接数，超过这个数目的连接将被拒绝。通常在服务器端使用，用于开始接受客户端的连接请求。

接受连接

    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);int addrlen = sizeof(address);int new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen);if (new_socket == -1) {std::cerr << "Error: Failed to accept connection\n";return 1;}

  • sockfd：监听套接字的文件描述符，即调用 listen 函数后返回的套接字。

  • addr：指向 sockaddr 结构的指针，用于存储连接到的客户端的地址信息。

  • addrlen：sockaddr 结构的大小，在调用 accept 函数前，需将其初始化为 sizeof(struct sockaddr)。

  • 返回值：返回一个新的套接字文件描述符，用于与客户端通信。如果出现错误，则返回 -1。

函数作用：accept 函数用于接受客户端的连接请求。当有客户端连接到服务器时，accept 函数会创建一个新的套接字，并返回该套接字的文件描述符，服务器可以使用该文件描述符与客户端进行通信。同时，addr 参数用于存储连接到的客户端的地址信息。

发送数据给客户端

    const char *message = "Hello from server";send(new_socket, message, strlen(message), 0);std::cout << "Message sent to client\n";
  • sockfd：要发送数据的套接字文件描述符。
  • buf：指向要发送数据的缓冲区。
  • len：要发送数据的长度。
  • flags：发送标志，通常设置为 0。
  • 返回值：成功时返回发送的字节数，失败时返回 -1。

函数作用：send 函数用于向指定套接字发送数据。它将缓冲区 buf 中的 len 字节数据发送到套接字 sockfd。函数的 flags 参数通常设置为 0，表示没有特殊标志

关闭socket

    close(new_socket);close(server_fd);

使用 close 函数关闭这个套接字，释放相关的资源。

  1. 释放系统资源：关闭套接字会释放操作系统为其分配的资源，包括文件描述符等。
  2. 避免资源泄漏：如果不关闭套接字，可能会导致资源泄漏，消耗系统资源并降低性能。
  3. 表示通信结束：关闭套接字可以告知对方通信结束，同时也能清理本地的通信状态。

在这段代码中，new_socket 是一个整数类型的变量，但它关联了一个与客户端通信的套接字文件描述符。在调用 accept 函数后，操作系统会创建一个新的套接字并返回其文件描述符，我们将这个文件描述符保存在 new_socket 中。因此，虽然 new_socket 是一个整数类型的变量，但它实际上是用来代表与客户端通信的套接字的文件描述符。

连接到服务端

    struct sockaddr_in serv_addr;serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(8080);if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {std::cerr << "Invalid address/ Address not supported\n";return 1;}if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {std::cerr << "Connection failed\n";return 1;}
  1. int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
  • af：指定地址族，常用的有 AF_INET（IPv4 地址族）和 AF_INET6（IPv6 地址族）。
  • src：要转换的点分十进制或十六进制字符串形式的 IP 地址。
  • dst：用于存储转换后的二进制形式 IP 地址的内存地址。
  • 返回值：如果转换成功，返回 1（对于 IPv4 地址）或 0（对于 IPv6 地址）。如果发生错误，返回 -1。

函数作用：inet_pton 函数用于将点分十进制或十六进制字符串形式的 IP 地址转换为二进制形式的 IP 地址表示。在这个示例中，它将字符串形式的 IPv4 地址 "127.0.0.1" 转换为二进制形式，并将结果存储在 serv_addr.sin_addr 中。如果转换成功，则条件 inet_pton(...) <= 0 将为假，否则为真。

  1. int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  • sockfd：套接字文件描述符，表示要连接的套接字。
  • addr：指向要连接的目标地址信息的 sockaddr 结构体指针。
  • addrlen：sockaddr 结构体的大小。
  • 返回值：成功返回 0，失败返回 -1。

函数作用：connect 函数用于向指定的目标地址发起连接请求。在客户端中，通常在创建套接字后调用 connect 函数，指定要连接的服务器的地址和端口号，以建立与服务器的连接。如果连接成功建立，则可以通过该套接字进行数据传输。

从服务端接收数据

    ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);read(client_fd, buffer, 1024);std::cout << "Message from server: " << buffer << std::endl;
  • fd：文件描述符，即要从中读取数据的文件或套接字。
  • buf：指向存储读取数据的缓冲区的指针。
  • count：要读取的最大字节数。
  • 返回值：返回实际读取的字节数。如果返回 0，表示已经读到文件末尾（对套接字则表示连接已关闭）。如果返回 -1，表示出现错误。

函数作用：read 函数用于从文件描述符 fd 指定的文件或套接字中读取数据，将读取的数据存储到 buf 指向的缓冲区中。它会尽可能读取 count 指定的字节数，但可能会因为文件末尾或其他原因而读取少于 count 字节的数据。

代码

server.cpp

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>int main() {// 创建socketint server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (server_fd == -1) {std::cerr << "Error: Failed to create socket\n";return 1;}// 绑定地址和端口struct sockaddr_in address;int addrlen = sizeof(address);address.sin_family = inet_addr("100.10.10.1");//AF_INET;     // TCP/IPv4   AF_INET6:TCP/IPv6address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;address.sin_port = htons(8080);if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) == -1) {std::cerr << "Error: Failed to bind\n";return 1;}// 监听连接if (listen(server_fd, 3) == -1) {std::cerr << "Error: Failed to listen\n";return 1;}// 接受连接int new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen);if (new_socket == -1) {std::cerr << "Error: Failed to accept connection\n";return 1;}// 发送数据给客户端const char *message = "Hello from server";send(new_socket, message, strlen(message), 0);std::cout << "Message sent to client\n";// 关闭socketclose(new_socket);close(server_fd);return 0;
}

client.cpp

#include <iostream>
#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>int main() {// 创建socketint client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (client_fd == -1) {std::cerr << "Error: Failed to create socket\n";return 1;}// 连接到服务端struct sockaddr_in serv_addr;serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = htons(8080);if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) { //IP地址转换std::cerr << "Invalid address/ Address not supported\n";return 1;}if (connect(client_fd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {std::cerr << "Connection failed\n";return 1;}// 从服务端接收数据char buffer[1024] = {0};read(client_fd, buffer, 1024);std::cout << "Message from server: " << buffer << std::endl;// 关闭socketclose(client_fd);return 0;
}

上面内容比较简单基础，这篇socket网络通信包含TCP和UDP，以供参考 

【C++】基础：网络编程介绍与TCP&UDP示例_c++网络编程-CSDN博客

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