Socket网络编程入门

#Socket网络编程入门
##引子
从我们熟悉的web应用为例子，先不讨论socket，我们看一下如果两台机器之间要通讯，需要经过哪些步骤。我们看一下服务器回给我们一个简单的"Hi"时，需要经过哪些步骤。

![image](http://note.youdao.com/yws/api/personal/file/WEB53eac25ac583cbe332c17e1285d6acc6?method=download&shareKey=06ed96c69c4479142d7116ad2db43558)

服务端：

1. 服务器的应用层会产生一个Hi字符串
2. 数据封装后交给传输层
3. 传输层封装后交给网络层
4. 网络层数据封装后交给数据链路层
5. 物理层接收后变成0和1字节流传输到Internet网络中

客户端：

1. 客户端物理层接收来自服务端的0和1字节流
2. 数据链路层接收物理层数据并解读数据报
3. 网络层接收物理层数据并解读数据报
4. 传输层解读网络层数据并解读数据报
5. 应用层接收到Hi字符

现实中的网络数据传输远远比这复杂得多，数据必须经过5层协议栈。试想如果让一个开发者从0开始实现这样的一个数据传输，难度可想而知。但是目前从事网络开发的人千千万万，他们是怎么做到的呢，这一切都要归功于Unix操作系统和Socket。因为有了Socket，网络编程变得快速而且简单了很多。

##什么是socket
Socket就是操作系统(Unix)为应用进程提供的一个方便操作网络数据收发的api接口，只要你读懂了这一套api接口，就可以把数据从一个主机传输到另一个主机，或者从其他主机接受数据，而不需要知道还有五层协议的复杂性。这就好比我们开发者读取文件的时候，file系列函数就可以轻松的帮我们获取文件的内容，我们不需要知道磁盘的磁头如何转动，如何实现定位读数据等。
下面是操作系统提供的Socket层的位置

![image](http://note.youdao.com/yws/api/personal/file/WEB50581e027f5d71fe4f0f46e0d5eb66fc?method=download&shareKey=df42d2add72694d5a72674eb8beae5dd)

这个图的上层是应用程序层，比如我们的nginx，apache系列的软件，下层是操作系统层，比如Unix。Socket层位于应用层和传输层之间，上层应用如果想实现网络编程，只需要调用操作系统提供的Socket层提供的api即可。操作系统通过Socket大大简化了网络编程的复杂性，使得从事网络编程的开发人员更加便捷。
##Socket相关函数一览
既然知道了Socket是操作系统为我们提供的一层网络编程接口封装，那就可以看一下操作系统给我们留了哪些接口，我们能用这些接口干什么

```
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main(){
    int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

struct sockaddr_in serv_addr;
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    serv_addr.sin_port = htons(1234);
    bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));

listen(serv_sock, 20);

struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    int clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);

char str[] = "Hello World!";
    write(clnt_sock, str, sizeof(str));
   
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);

return 0;
}
```
然后编译server.c文件生成可执行文件server
```
[root@iZ9 test]# gcc server.c -o server
```
运行./server命令,启动服务器
```
[root@iZ9 test]# ./server

```
启动服务端成功，使用的端口号是1234，进程会进入等待状态。然后重新开启一个服务器窗口，我们先不编写客户端代码，直接使用telnet命令连接服务器1234端口
```
[root@iZ9 socket]# telnet 127.0.0.1 1234
Trying 127.0.0.1...
Connected to 127.0.0.1.
Escape character is '^]'.
Hello World!Connection closed by foreign host.
```
可以看到服务端给我们输出的Hello World! 同时服务端./server进程终止。
###代码解释
1）创建Socket套接字
```
int serv_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
```
函数里面的参数，AF_INET 表示使用 IPv4 地址，SOCK_STREAM 表示使用面向连接的数据传输方式,IPPROTO_TCP表示使用TCP协议。这个函数返回的是一个文件描述符，可以进行读写操作。

2）绑定IP地址和端口
```
bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
```
bind() 函数将套接字serv_sock 与特定的IP地址和端口绑定，IP地址和端口都保存在 sockaddr_in 结构体中,所有要使用这个函数，必须先构造sockaddr_in结构体，IP和端口保存在这个结构体中。使用这个函数可以让创建的serv_sock套接字和IP+端口联系起来。

3）进入监听状态
```
listen(serv_sock, 20);
```
让套接字处于被动监听状态。所谓被动监听，是指套接字一直处于"睡眠"中，直到客户端发起请求才会被"唤醒"。第二个数字是20表示队列长度大小，每个请求是先进入队列才能被套接字接下来处理，这说明这个描述符上排队的最大客户端连接数是20。

4）接受客户端请求
```
accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
```
accept() 函数用来接收客户端的请求，并产生一个新的描述符。这个函数返回是一个新的已连接描述符，是TCP三次握手完毕之后的新描述符。程序一旦执行到 accept() 就会被阻塞（暂停运行），直到客户端发起请求，所以当我们运行./server命令的时候，进程是自动退出的，除非有客户端请求进来。

5）向客户端发送数据
```
write(clnt_sock, str, sizeof(str));
```
Socket就是一种文件描述符，向客户端文件描述符clnt_sock写数据，就是向客户端发送数据

6）关闭连接
```
close(clnt_sock);
close(serv_sock);
```
表示最后同时关闭客户端和服务端连接

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