Socket: TCP echo Server
2017-08-24 Programming玩socket第一篇，简单的TCP echo服务器。
Socket
socket在我的认识中就是用于不同进程间的通讯，甚至包括了不同主机上的不同进程，通讯的两端就是两个socket。
根据Linux下“一切皆文件”的原则，用socket进行通讯就是对创建并连接好的socket进行读（read）写（write）操作，客户端对连接到服务器的socket进行write就是发送信息，进行read就是接收信息；服务器则是对连接到客户端的socket进行读写操作。
TCP和UDP
通过socket传输信息的方式主要有两种：TCP和UDP。
- TCP的话，需要客户端先发送一个消息，询问服务器在不在线；服务器接收到之后发出回应，回答自己在线；然后客户端收到之后再发送一次消息，告诉服务器准备接收自己的信息。在这三次握手之后才是客户端向服务器真正发送信息的过程。
关于为什么是三次握手，而不是看起来更快的两次握手的问题，可以这样想：原则上任何数据传输都是不能保证完全可靠的，TCP就是要为通讯双方建立一个尽量可靠的连接，只有当连接尽量可靠时双方才开始通讯。- 如果是两次握手，Client先向Server发送请求，Server收到，于是返回请求，接着Server就进入连接状态了，然而Client并不一定可以收到Server返回的请求，在Server到Client的连接不可靠时Server就进入了连接状态。
- 如果是三次握手，Client先发送请求，Server接收后返回，如果Client收不到Server返回的消息，两方就都不会进入连接状态，只有在Client收到Server的返回之后，Client再发送一个请求并且Server成功收到，此时Client到Server和Server到Client的通道都已经相对可靠了，双方才会进入连接状态。
- UDP的话，就是直接向目标地址发送真正的信息，不去考虑目标是否可以收到。和面向连接的TCP相比，UDP是非连接的。
两者相比，TCP的可靠性明显比UDP要高，但UDP的传输速度则要比TCP高很多。在网络状况比较差时，TCP的可靠连接难以建立，反而不如使用UDP不停地发送信息效果好。TCP的速度虽然难以超过UDP，但在单次传输的数据量越来越大时，TCP的速度也会越来越接近UDP。
步骤
在使用C语言中的socket进行通信时，服务器进行需要以下几步：
socket()创建服务器socketbind()绑定服务器socket与IP和指定的端口listen()服务器socket进入监听状态accept()得到连接上客户端的socket（此时已经完成了三次握手）read()/write()对连接至客户端的套接字进行读写操作close()关闭所有socket
而客户端则需要：
socket()创建socketconnect()将创建的socket连接至服务器read()/write()对连接至服务器的套接字进行读写操作close()关闭使用的socket
代码
使用时直接使用g++编译，先运行server，再运行client，然后在client中输入内容发送后，就可以接收到server返回的信息，当在client中发送“end”后结束server和client。
服务端：
/*************************************************************************
> File Name: server.cpp
> Author: nian
> Blog: https://whoisnian.com
> Mail: [email protected]
> Created Time: 2017年08月23日 星期三 22时29分46秒
************************************************************************/
#include<cstdio>
#include<cstring>
//引入头文件
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
//设置服务器监听端口号
const unsigned long port = 7637;
int main(void)
{
//创建服务器端socket，地址族为AF_INET(IPv4)，传输方式为TCP
int server_socket;
server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//初始化IP为本地127.0.0.1，端口为已设置的port
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
//绑定socket与IP和端口
bind(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
//使socket进入监听模式
listen(server_socket, 10);
//等待接收客户端请求
int client_socket;
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_addr_len;
client_addr_len = sizeof(client_addr);
client_socket = accept(server_socket, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
//一直获取内容，直到获取到的内容为“end”时停止
int flag = 1;
while(flag)
{
char buf[1000];
read(client_socket, buf, sizeof(buf));
//如果内容是“end”就停止，否则返回给客户端输入的内容
if(buf[0] == 'e'&&buf[1] == 'n'&&buf[2] == 'd'&&buf[3] == '\n')
flag = 0;
else
{
write(client_socket, buf, sizeof(buf));
}
}
close(client_socket);
close(server_socket);
return 0;
}客户端：
/*************************************************************************
> File Name: client.cpp
> Author: nian
> Blog: https://whoisnian.com
> Mail: [email protected]
> Created Time: 2017年08月23日 星期三 23时39分54秒
************************************************************************/
#include<cstdio>
#include<cstring>
//引入头文件
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<unistd.h>
//设置服务器监听端口号
const unsigned long port = 7637;
int main(void)
{
//创建服务器socket，地址族为AF_INET(IPv4)，传输方式为TCP
int server_socket;
server_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
//初始化IP为服务器127.0.0.1，端口为已设置的port
struct sockaddr_in server_addr;
memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
//客户端连接服务器
connect(server_socket, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
//一直发送请求，直到发送的内容为“end”时停止
int flag = 1;
while(flag)
{
//发送内容
char buf[1000];
memset(buf, 0, sizeof(buf));
printf("put: ");
fgets(buf, sizeof(buf)-1, stdin);
write(server_socket, buf, sizeof(buf));
//如果内容是“end”就停止，否则读取并输出服务器返回的内容
if(buf[0] == 'e'&&buf[1] == 'n'&&buf[2] == 'd'&&buf[3] == '\n')
flag = 0;
else
{
read(server_socket, buf, sizeof(buf));
printf("get: %s\n", buf);
}
}
close(server_socket);
return 0;
}函数
- 创建TCP类型的socket
int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
或int tcp_socket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);- AF_INET 指IPv4，AF_INET6 指IPv6
- SOCK_STREAM 表示面向连接的数据传输方式
- 创建UDP类型的socket
int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
或int udp_socket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);- AF_INET 指IPv4，AF_INET6 指IPv6
- SOCK_DGRAM 表示无连接的数据传输方式
- 服务器绑定socket与IP和端口：
int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); - 客户端连接服务器：
int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen); - 服务器端socket进入监听状态：
int listen(int sock, int backlog);sock需要进入监听状态的socketbacklog请求队列最大长度
- 处于监听状态的socket接受请求：
int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);accept()返回一个新的socket来和客户端通信listen()只是让socket进入监听状态，并没有真正接收客户端请求。
注意
- 一些端口号被固定的服务占用，如22的SSH，80的http等，所以一般分配2000-65535内的端口。
bind()，connect()，以及accept()中的sockaddr结构体内IP地址和端口在一起存储，无法直接分开读入，所以通常构造sockaddr_in结构体，然后在使用时转换为sockaddr类型，两种类型大小相等，防止了转换中出现问题。
struct sockaddr_in{
sa_family_t sin_family; //地址族，即地址类型，与创建套接字时保持一致
uint16_t sin_port; //16位的端口号，要用htons()转换
struct in_addr sin_addr; //32位IP地址
char sin_zero[8]; //不使用，一般用0填充
};
struct in_addr{
in_addr_t s_addr; //32位的IP地址，要用inet_addr()将字符串类型的IP地址转换为数字
};
struct sockaddr{
sa_family_t sin_family; //地址族（Address Family），也就是地址类型
char sa_data[14]; //IP地址和端口号
};
htons()将主机字节顺序转换为网络字节顺序，因为不同计算机存储数据时有两种字节顺序，而在通过网络传输时则需要统一为相同的字节顺序。htonl()--"Host to Network Long int" 32Bytes ntohl()--"Network to Host Long int" 32Bytes htons()--"Host to Network Short int" 16Bytes ntohs()--"Network to Host Short int " 16Bytes