网络编程（套接字）

一、套接字

1、套接字的作用

2、关于TCP和UDP协议

1. TCP协议

2. UDP协议

3. 两者的区别

2、套接字函数

1）函数 socket（创建套接字同文件描述符）

2）准备套接字用结构体

1. 套接字的结构体

2. 客户端的套接字：

3. 服务器的套接字：

3）bind（以结构体向套接字中写入 ip、port）

4）send / write（通过套接字发送数据）

5）recv / read（通过套接字接收数据）

6）fcntl（变更函数状态：阻塞/非阻塞）

一、套接字

套接字在最初只是一种IPC通讯手段，在TCP协议出现，TCP协议使用套接字进行通信，因此我们常说的套接字都是应用于网络通信，而早期只用于进程间通讯的则称为域套接字

1、套接字的作用

专门用于网络间通信的一种文件形式

该文件，包含了要交换的数据和通信双方的 ip地址和 port端口号

ip地址和 port端口号需要我们自己添加到套接字中，并且不同的协议需要使用不同类型的套接字

2、关于TCP和UDP协议

TCP协议和UDP协议的套接字就是不同类型的

1. TCP协议

TCP协议是一个可靠的，连续的，基于字节流的协议，TCP具有流量控制功能，顺序控制功能，应答重发功能，以确保在网络不拥堵的时候，所有的数据都可以正确的发送

2. UDP协议

UDP协议由于非连续性，且没有有效的应答手段，所以不可靠，很容易丢包

向前纠错技术（后来各大厂商对UDP协议的更进，添加了校验的方法）

udp协议在发送数据的时候，会选择在发送 n 个数据的时候，匹配发送 m 个校验包

比如说发送 3个数据的时候，匹配发送1个校验包

最简单的校验包 = 1#数据报 + 2#数据报 + 3#数据报

比如说：发送了 1 ,2,3 这3个数据，此时，再发送一个校验包，校验包的值是 4

很明显，在丢包率为 25% 的时候，3个包配一个校验包，就能完全避免丢包

因为4个包里面丢一个，丢了校验包完全无所谓

丢的是任意一个数据包，可以通过校验包和其他数据包，恢复出丢失的数据是多少

依此类推：如果网络波动变大，我们就需要配更多的校验包，以保证丢包率减低，恢复率提高

3. 两者的区别

TCP协议稳定性高，传输速度慢，UDP协议稳定性差，传输速度快

2、套接字函数

1）函数 socket（创建套接字同文件描述符）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建不同类型的套接字用文件描述符
参数 domain：套接字所依赖的网络介质如果是 ipv4 就填入 AF_INET如果是 ipv6 就填入 AF_INET6如果是 域套接字 就填入 AF_LOCAL / AF_UNIX
参数 type：选择套接字的类型SCOK_STREAM：字节流套接字传输数据，连续，可靠，双向，数据量大SOCL_DGRAM：数据包套接字传输数据，不连续，不可靠，有长度要求，双向
参数 protocol：选择套接字所依赖的通信协议0：自动匹配，会根据参数 type 和参数 protocol 自动选择合适的通信协议
返回值：返回创建套接字文件描述符一般来说：AF_INET + SOCK_STREAM + 0 ,最终创建的是 TCP 协议的套接字AF_INET + SOCK_DGRAM  + 0 ,最终创建的是 UDP 协议的套接字

字节流的优点：允许发送无穷大的数据，会在内核中对数据做分割处理，但是由于连续发送，数据依然粘连在一起

字节流的缺点：由于数据是粘连的，因此接收端需要花费大量的时间处理数据

数据包的优点：数据不会粘连，发送几次数据就是几个数据包

数据包的缺点：发送的数据大小有上限，过大的数据需要手动分批次发送，还有丢包的风险

2）准备套接字用结构体

1. 套接字的结构体

struct sockaddr_in {__kernel_sa_family_t  sin_family; /* 依赖的网络介质       */__be16        sin_port;           /* port端口号           */struct in_addr    sin_addr;       /* ip地址               */
};

127.0.0.1 是一个本地回环地址，不会经过网卡，专门用来在无网络的情况下做本地测试，
抓包工具无法抓到这个 ip地址的数据

2. 客户端的套接字：

写入 ip地址的目的是为了通过 ip地址，找到该客户端想要连接的服务器

写入 port端口号的目的是为了通过端口号，知道数据需要发送到服务器的哪个进程

3. 服务器的套接字：

写入 ip地址的目的是过滤掉不想接收的客户端，选择想要连接的客户端

写入 port端口号的目的是为了让服务器知道要去哪个进程读取接收到的数据

3）bind（以结构体向套接字中写入 ip、port）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能：往套接字中写入 ip地址 和 port端口号 （该操作被称为为套接字命名）
参数 sockfd：填写 套接字用文件描述法
参数 addr：通用套接字结构体指针，需要提前准备 struct sockaddr_in 类型的结构体
参数 addrlen：参数 addr 的字节长度

4）send / write（通过套接字发送数据）

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
功能：通过套接字，向套接字中指向的ip地址发送数据
参数 sockfd：填入 socket创建的套接字文件描述符
参数 buf：填入 要发送的数据的地址
参数 len：填入 要发送的字节的长度
参数 flag：设置函数的状态 阻塞 / 非阻塞0    ：默认阻塞，发送数据给目标，目标的接收区满了，就会发送阻塞MSG_DONTWAIT：非阻塞，发送数据给目标，接收区满了，丢弃新发送的数据
=======================================================================
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
用法基本一致，IO篇也有详细介绍

5）recv / read（通过套接字接收数据）

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
功能：通过套接字，读取套接字中ip地址所发送的数据
参数 sockfd：由socket创建的套接字文件描述符
参数 buf：将读取到的数据存入buf所指向的连续地址(所指向的数组)
参数 len：所读取数据的字节长度
参数 flags：设置函数的状态 阻塞 / 非阻塞0    ：默认阻塞，没有接收到数据就阻塞MSG_DONTWAIT：非阻塞，没有读取到数据直接返回 0 
返回值：阻塞模式：返回接收到数据的字节数，若套接字损坏 返回 -1若服务器与客户端连接断开，则有阻塞函数变为非阻塞函数，并返回 0非阻塞模式：返回接收到数据的字节数，若服务器与客户端断开，返回 -1未接收到参数，则返回 0
=====================================================================
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
用法基本一致，IO篇也有详细介绍

6）fcntl（变更函数状态：阻塞/非阻塞）

#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
int fcntl(int fd, int cmd, ... /* arg */ );
功能：设置指定文件描述符的状态，也就是flags属性
参数 cmd：设置函数的功能 设置 flags 或 读取 flagsF_SETFL：设置 fd 文件的 flags 属性F_GETFL：获取 fd 文件的 flags 属性
不定参 ···：此处只有第一个数据是有效的仅当 cmd == F_SETFL 时，需要传一个不定参作为 flags
返回值：当 cmd == F_SETFL 时，成功返回 0 ，失败返回 -1当 cmd == F_GETFL 时，返回 flags ，失败返回 -1

使用时要注意不要变更原有的状态，因此尽可能追加flags值（若有需要替换原先的值，也可以换）

使用流程：
1、先获取 fd 原有的 flags 属性
2、对获取到的 flags 属性追加
3、将追加好的 flags 属性，设置为 fd 的 flags 属性

以标准输入流为例