socket开发基础

  • 发表于8个月前(2014-11-03 15:43)   阅读（9070） | 评论（27） 161人收藏此文章, 我要收藏
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    7.16，杭州，阿里巴巴。阿里百川无线开放大会报名开启，用技术驱动无线新商业

    摘要 详细介绍了iOS的socket开发，说明了tcp和udp的区别，简单说明了tcp的三次握手四次挥手，用c语言分别实现了TCPsocket和UDPsocket的客户端和服务端，本文的作用是让我们了解socket的一些原理以及底层基本的结构。 由于博客迁移至www.coderyi.com,文章请看http://www.coderyi.com/archives/429
    socket udp tcp iOS 三次握手四次挥手

    目录[-]

    由于博客迁移至www.coderyi.com,文章请看http://www.coderyi.com/archives/429

    socket简介

    首先让我们通过一张图知道socket在哪里？

    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。

    tcp和udp的区别

    在这里就必须讲一下udp和tcp的区别了

    TCP：面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢，建立连接需要开销较多(时间，系统资源)。

    UDP：面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。

    关于TCP是一种流模式的协议，UDP是一种数据报模式的协议，这里要说明一下，TCP是面向连接的，也就是说，在连接持续的过程中，socket中收到的数据都是由同一台主机发出的（劫持什么的不考虑），因此，知道保证数据是有序的到达就行了，至于每次读取多少数据自己看着办。

    而UDP是无连接的协议，也就是说，只要知道接收端的IP和端口，且网络是可达的，任何主机都可以向接收端发送数据。这时候，如果一次能读取超过一个报文的数据，则会乱套。比如，主机A向发送了报文P1，主机B发送了报文P2，如果能够读取超过一个报文的数据，那么就会将P1和P2的数据合并在了一起，这样的数据是没有意义的。

    TCP三次握手和四次挥手

    相对于SOCKET开发者，TCP创建过程和连接拆除过程是由TCP/IP协议栈自动创建的。因此开发者并不需要控制这个过程。但是对于理解TCP底层运作机制，相当有帮助。

    因此在这里详细解释一下这两个过程。

    TCP三次握手

    所谓三次握手(Three-way Handshake)，是指建立一个TCP连接时，需要客户端和服务器总共发送3个包。

     三次握手的目的是连接服务器指定端口，建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息.在socket编程中，客户端执行connect()时。将触发三次握手。

    首先了解一下几个标志，SYN（synchronous），同步标志，ACK (Acknowledgement），即确认标志，seq应该是Sequence Number，序列号的意思，另外还有四次握手的fin，应该是final，表示结束标志。

    第一次握手：客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口，以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

    第二次握手：服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时，将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1以，即X+1。

    第三次握手：客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0，ACK标志位为1。并且把服务器发来ACK的序号字段+1，放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写序列号的+1。

    tcp四次挥手

    TCP的连接的拆除需要发送四个包，因此称为四次挥手(four-way handshake)。客户端或服务器均可主动发起挥手动作，在socket

    编程中，任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。

    其实有个问题，为什么连接的时候是三次握手，关闭的时候却是四次挥手？

    因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后，可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的，SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时，当Server端收到FIN报文时，很可能并不会立即关闭SOCKET，所以只能先回复一个ACK报文，告诉Client端，"你发的FIN报文我收到了"。只有等到我Server端所有的报文都发送完了，我才能发送FIN报文，因此不能一起发送。故需要四步握手。

    tcpsocket和udpsocket的具体实现

    讲了这么久，终于要开始讲socket的具体实现了，iOS提供了Socket网络编程的接口CFSocket，不过这里使用BSD Socket。

    tcp和udp的socket是有区别的，这里给出这两种的设计框架

    基本TCP客户—服务器程序设计基本框架

    基本UDP客户—服务器程序设计基本框架流程图

    常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

    1、socket调用库函数主要有：

    创建套接字 

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            Socket(af,type,protocol)

    建立地址和套接字的联系 

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            bind(sockid, local addr, addrlen)

    服务器端侦听客户端的请求 

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            listen( Sockid ,quenlen)

    建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP） 

            客户端请求连接 

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            Connect(sockid, destaddr, addrlen)

            服务器端等待从编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求 

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            newsockid=accept(Sockid，Clientaddr, paddrlen)

    发送/接收数据 

            面向连接：

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            send(sockid, buff, bufflen) 
            recv( )

            面向无连接：

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            sendto(sockid,buff,…,addrlen) 
            recvfrom( )

    释放套接字 

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            close(sockid)

    tcpsocket的具体实现

    服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，然后调用listen在相应的socket上监听，当accpet接收到一个连接服务请求时，将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址，并通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am server!"。最后关闭该socket。

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    #import <Foundation/Foundation.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    int main(int argc, const char * argv[])
    {
        @autoreleasepool {
    //        1
            int err;
            int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM  , 0);
            BOOL success=(fd!=-1);
    //        1
    //   2     
            if (success) {
                NSLog(@"socket success");  
                struct sockaddr_in addr;
                memset(&addr, 0, sizeof(addr));
                addr.sin_len=sizeof(addr);
                addr.sin_family=AF_INET;
    //            =======================================================================
                addr.sin_port=htons(1024);
    //        ============================================================================
                 addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
                err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
                success=(err==0);
            }
     //   2          
    //        ============================================================================
            if (success) {
                NSLog(@"bind(绑定) success");
                err=listen(fd, 5);//开始监听
                success=(err==0);
            }
    //    ============================================================================     
            //3
            if (success) {
                NSLog(@"listen success");
                while (true) {
                    struct sockaddr_in peeraddr;
                    int peerfd;
                    socklen_t addrLen;
                    addrLen=sizeof(peeraddr);
                    NSLog(@"prepare accept");
                    peerfd=accept(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &addrLen);
                    success=(peerfd!=-1);
    //    ============================================================================
                    if (success) {
                        NSLog(@"accept success,remote address:%s,port:%d",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port));
                        char buf[1024];
                        ssize_t count;
                        size_t len=sizeof(buf);
                        do {
                            count=recv(peerfd, buf, len, 0);
                            NSString* str = [NSString stringWithCString:buf encoding:NSUTF8StringEncoding];
                            NSLog(@"%@",str);
                        } while (strcmp(buf, "exit")!=0);
                    }
    //    ============================================================================
                    close(peerfd);
                } 
            }  
    //3     
        }
        return 0;
    }

    客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，请求连接服务器，通过新的socket向客户端发送字符串" hi,I am client!"。最后关闭该socket。

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    //  main.m
    //  kewai_SocketClient
    //
    #import <Foundation/Foundation.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #import <arpa/inet.h>
    int main(int argc, const char * argv[])
    {
        @autoreleasepool {
         //        1 
             int err;
            int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
            BOOL success=(fd!=-1);
            struct sockaddr_in addr;
         //        1
            //   2
            if (success) {
                NSLog(@"socket success");
                memset(&addr, 0, sizeof(addr));
                addr.sin_len=sizeof(addr);
                addr.sin_family=AF_INET;
                addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
                err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
                success=(err==0);
            }
            //   2
            //3
            if (success) {
    //============================================================================           
                struct sockaddr_in peeraddr;
                memset(&peeraddr, 0, sizeof(peeraddr));
                peeraddr.sin_len=sizeof(peeraddr);
                peeraddr.sin_family=AF_INET;
                peeraddr.sin_port=htons(1024);
    //            peeraddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
                peeraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("172.16.10.120");
    //            这个地址是服务器的地址， 
                socklen_t addrLen;
                addrLen =sizeof(peeraddr);
                NSLog(@"connecting");
                err=connect(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, addrLen);
                success=(err==0);
                if (success) {
    //                struct sockaddr_in addr;
                    err =getsockname(fd, (struct sockaddr *)&addr, &addrLen);
                    success=(err==0);
    //============================================================================
    //============================================================================
                    if (success) {
                          NSLog(@"connect success,local address:%s,port:%d",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));
                        char buf[1024];
                        do {
                            printf("input message:");
                            scanf("%s",buf);
                            send(fd, buf, 1024, 0);
                        } while (strcmp(buf, "exit")!=0); 
                    }
                }
                else{
                    NSLog(@"connect failed");
                }
            }
        //    ============================================================================
            //3
        }
        return 0;
    }

    udpsocket的具体实现

    下面是udpsocket的具体实现

    服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，接收到一个客户端时，服务器显示该客户端的IP地址，并将字串返回给客户端。 

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    /*
     *UDP/IP应用编程接口（API）
     *服务器的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其与本机
     *地址以及一个本地端口号绑定，接收到一个客户端时，服务器显示该客户端的IP地址，并将字串
     *返回给客户端。
     */
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    #include<errno.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/socket.h>
    #include<netinet/in.h>
    #import <arpa/inet.h>
    int main(int argc,char **argv)
    {
        int ser_sockfd;
        int len;
        //int addrlen;
        socklen_t addrlen;
        char seraddr[100];
        struct sockaddr_in ser_addr;
        /*建立socket*/
        ser_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
        if(ser_sockfd<0)
        { 
            printf("I cannot socket success ");
            return 1;
        }
        /*填写sockaddr_in 结构*/
        addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
        bzero(&ser_addr,addrlen);
        ser_addr.sin_family=AF_INET;
        ser_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
        ser_addr.sin_port=htons(1024);
        /*绑定客户端*/
        if(bind(ser_sockfd,(struct sockaddr *)&ser_addr,addrlen)<0)
        {
            printf("connect");
            return 1;
        }
        while(1)
        {
            bzero(seraddr,sizeof(seraddr));
            len=recvfrom(ser_sockfd,seraddr,sizeof(seraddr),0,(struct sockaddr*)&ser_addr,&addrlen);
            /*显示client端的网络地址*/
            printf("receive from %s ",inet_ntoa(ser_addr.sin_addr));
            /*显示客户端发来的字串*/ 
            printf("recevce:%s",seraddr);
            /*将字串返回给client端*/
            sendto(ser_sockfd,seraddr,len,0,(struct sockaddr*)&ser_addr,addrlen);
        }
    }

    客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，填写服务器地址及端口号，从标准输入设备中取得字符串，将字符串传送给服务器端，并接收服务器端返回的字符串。最后关闭该socket。

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    /*
     *UDP/IP应用编程接口（API）
     *客户端的工作流程：首先调用socket函数创建一个Socket，填写服务器地址及端口号，
     *从标准输入设备中取得字符串，将字符串传送给服务器端，并接收服务器端返回的字
     *符串。最后关闭该socket。
     */
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    #include<errno.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/socket.h>
    #include<netinet/in.h>
    #include <netinet/in.h>
    #import <arpa/inet.h>
    int GetServerAddr(char * addrname)
    {
        printf("please input server addr:");
        scanf("%s",addrname);
        return 1; 
    }
    int main(int argc,char **argv)
    {
        int cli_sockfd;
        int len;
        socklen_t addrlen;
        char seraddr[14];
        struct sockaddr_in cli_addr;
        char buffer[256];
        GetServerAddr(seraddr);
        /* 建立socket*/
        cli_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
        if(cli_sockfd<0)   
        {  
            printf("I cannot socket success "); 
            return 1; 
        }
        /* 填写sockaddr_in*/
        addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
        bzero(&cli_addr,addrlen);
        cli_addr.sin_family=AF_INET;
        cli_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(seraddr);
        //cli_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
        cli_addr.sin_port=htons(1024);
        bzero(buffer,sizeof(buffer));
        /* 从标准输入设备取得字符串*/
        len=read(STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer));
        /* 将字符串传送给server端*/
        sendto(cli_sockfd,buffer,len,0,(struct sockaddr*)&cli_addr,addrlen);
        /* 接收server端返回的字符串*/
        len=recvfrom(cli_sockfd,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&cli_addr,&addrlen);
        //printf("receive from %s ",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr));
        printf("receive: %s",buffer);
        close(cli_sockfd); 
    }

    最后，整篇文章只能用一句话形容，懒婆娘的裹脚布，又长又臭，不过本文的作用是让我们了解socket的一些原理以及底层基本的结构，其实iOS的socket实现是特别简单的，我一直都在用github的开源类库cocoaasyncsocket，地址是https://github.com/robbiehanson/CocoaAsyncSocket，cocoaasyncsocket是支持tcp和udp的，具体操作方法就不介绍了。

     
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