Linux Socket 編程

一、 Socket 概述

Socket 是一種用於在不同進程間進行網絡通信的機制，也是 Linux 下網絡編程的基礎，也就是說在 Linux 下進行網絡通信主要就是使用 Socket。

其中 Socket 可以描述成是文件描述符，它是一個整數，就像文件描述符一樣可以使用 read、write、close 等函數對它進行操作。Socket 可以分為兩種類型：流式 Socket 和數據報式 Socket。

二、網絡編程基礎 API

下面先列舉一些 Network編程基礎 API：

    //創建 Socket
    int socket(int domain, int type, int protocol);

    //命名 Socket
    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    //將未連接的 Socket 轉換為連接的 Socket
    int listen(int sockfd, int backlog);

    //向 Socket 發送數據
    ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

    //從 Socket 接收數據
    ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

    //建立連接請求的服務端
    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

    //發起連接請求的客戶端
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    // 關閉 Socket
    int close(int sockfd);

三、流式 Socket

流式 Socket 是由 TCP 協議提供服務的，主要用於可靠的、有序的、基於連接的數據傳輸，特點如下：

1.面向連接；

2.提供可靠的數據傳輸；

3.通過三次握手連接，確保連接的建立；

4.數據是按順序傳輸的，不存在數據丟失、重複等問題。

3.1 服務端實現

    // 創建 Socket
    int server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 命名 Socket
    struct sockaddr_in server_address;
    server_address.sin_family = AF_INET; // 地址族
    server_address.sin_port = htons(12345); // 端口號
    server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // IP 地址，INADDR_ANY 表示可以接收任何地址
    bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));

    // 將未連接的 Socket 轉換為連接的 Socket
    listen(server_sockfd, 5);

    // 服務端等待客戶端的連接請求
    int client_sockfd;
    struct sockaddr_in client_address;
    socklen_t client_len = sizeof(client_address);
    client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_len);

    // 向客戶端發送數據
    char message[] = "Hello, client!";
    write(client_sockfd, message, sizeof(message));

    // 關閉 Socket
    close(client_sockfd);
    close(server_sockfd);

3.2 客戶端實現

    // 創建 Socket
    int client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 向服務端發起連接請求
    struct sockaddr_in server_address;
    server_address.sin_family = AF_INET; // 地址族
    server_address.sin_port = htons(12345); // 端口號
    server_address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    connect(client_sockfd, (struct sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address));

    // 從服務端接收數據
    char message[1024];
    read(client_sockfd, message, sizeof(message));
    printf("Message from server: %s\n", message);

    // 關閉 Socket
    close(client_sockfd);

四、數據報式 Socket

數據報式 Socket 是由 UDP 協議提供服務的，主要用於無連接、不可靠、允許數據失去和重複等問題的數據傳輸，特點如下：

1.無連接；

2.數據傳輸不可靠；

3.沒有三次握手連接，也無需維護連接狀態；

4.數據傳輸可能丟失、重複等問題。

4.1 服務端實現

    // 創建 Socket
    int server_sockfd;
    server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    // 命名 Socket
    struct sockaddr_in server_address;
    server_address.sin_family = AF_INET; // 地址族
    server_address.sin_port = htons(12345); // 端口號
    server_address.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // IP 地址，INADDR_ANY 表示可以接收任何地址
    bind(server_sockfd, (struct sockaddr*)&server_address, sizeof(server_address));

    // 接收客戶端發送的數據
    char message[1024];
    struct sockaddr_in client_address;
    socklen_t client_len = sizeof(client_address);
    recvfrom(server_sockfd, message, sizeof(message), 0, (struct sockaddr*)&client_address, &client_len);
    printf("message from client: %s\n", message);

    // 向客戶端發送數據
    char reply[] = "Hello, client!";
    sendto(server_sockfd, reply, sizeof(reply), 0, (struct sockaddr *)&client_address, client_len);

    // 關閉 Socket
    close(server_sockfd);

4.2 客戶端實現

    // 創建 Socket
    int client_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);

    // 向服務端發送數據
    char message[] = "Hello, server!";
    struct sockaddr_in server_address;
    server_address.sin_family = AF_INET; // 地址族
    server_address.sin_port = htons(12345); // 端口號
    server_address.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    sendto(client_sockfd, message, sizeof(message), 0, (struct sockaddr *)&server_address, sizeof(server_address));

    // 接收服務端發送的數據
    char reply[1024];
    struct sockaddr_in reply_address;
    socklen_t reply_len = sizeof(reply_address);
    recvfrom(client_sockfd, reply, sizeof(reply), 0, (struct sockaddr *)&reply_address, &reply_len);
    printf("reply from server: %s\n", reply);

    // 關閉 Socket
    close(client_sockfd);

五、總結

Linux Socket 編程是進行網絡通信的基礎，對於理解網絡通信原理、網絡編程都非常重要。本文主要介紹了流式 Socket 和數據報式 Socket 的創建、命名、通信等基本操作，通過代碼示例的方式進行詳細闡述。