Socket编程入门教程
作者：龙飞
整理：ltsmat
摘自：www.cppblog/lf426/category/7534.html?Show=All
目录
目录 (2)
TCP server端 (3)
1、建模 (3)
2、socket与文件描述符 (4)
3、sockaddr与sockaddr_in (5)
4、构造函数涉及的概念 (8)
5、创建监听嵌套字 (11)
6、创建“通讯”嵌套字 (13)
7、接收与发送 (15)
8、本章的完整源代码 (17)
win32下使用socket (20)
WinSock (20)
winsock演示程序：TCP Server (25)
TCP原理 (32)
1、socket异常信息 (32)
2、设计TCP socket的类（上） (35)
3、设计TCP socket的类（中） (37)
4、设计TCP socket的类（下） (39)
5、TCP的三次握手（three-way handshake） (41)
6、字节流的发送与接收 (42)
7、TCP连接的关闭 (44)
TCP应用 (45)
1、构建echo服务器 (45)
2、构建echo客户端 (47)
UDP原理 (50)
1、设计UDP server类 (50)
2、设计UDP client类 (53)
3、UDP的系统缓存队列 (55)
4、“有连接”的UDP (56)
5、预读MSG_PEEK (57)
UDP应用 (58)
1、UDP版的Echo Server (58)
2、UDP版的Echo Client (60)
TCP server端
1、建模
绝大部分关于socket编程的教程总是从socket的概念开始讲起的。要知道，socket的初衷是个庞大的体系，TCP/IP只是这个庞大体系下一个很小的子集，而我们真正能用上的更是这个子集中的一小部分：运输层（Host-to-Host Transport Layer）的TCP和UDP协议，以及使用这两个协议进行应用层（Application Layer）的开发。即使是socket的核心部分，网络层（Internet Layer）的IP协议，在编程的时候我们也很少会感觉到它的存在——因为已经被封装好了，我们唯一需要做的事情就是传入一个宏。第一节我想介绍的概念就这么多，当然，既然我们已经说了3个层了，我想最好还是把最后一个
层也说出来，即所谓链路层（Network Access Layer），它包括了物理硬件和驱动程序。这四个层从底到高的顺序是：链路层－－网络层－－运输层－－应用层。
好，说实话我们现在并不清楚所谓TCP到底是什么东东，不过我们知道这东东名气很大。或许你早就知道，另外一个声名狼藉建立在TCP协议基础上的应用程序，它曾经几乎是统治了一个时代，即使是今天，我们依然无法消除他的影响力的——恩，是的，就是telnet。
在这个教程中，我使用的环境是Debian GNU/Linux4.0etch。传说中的stable-_-!!!，恩，我是很保守的人。如果你不是自己DIY出来的系统，相信默认安装里面就应该有telnet （/usr/bin/telnet，要是没装就自己aptitude install吧）。telnet可以与所有遵循TCP协议的服务器端进行通讯。通常，socket编程总是Client/Server形式的，因为有了telnet，我们可以先不考虑client的程序，我们先写一个支持TCP协议的server端，然后用telnet作为client 验证我们的程序就好了。
server端的功能，我们也考虑一种最简单的反馈形式：echo。就如同你在终端输入echo 'Hello World'，回车后shell就会给你返回Hello World一样，我们的第一个TCP server就用以实现这个功能。
什么样的模型适合描述这样的一种server呢？我相信，一个很2的例子会有助于我们记忆TCP server端的基本流程。
想象你自己是个小大佬，坐办公室（什么样的黑社会做办公室啊？可能是讨债公司吧^^）你很土，只有一个小弟帮你接电话（因为你自己的号码是不敢对外公开的）。一次通讯的流程大概应该是这样的：小弟那里的总机电话响了；小弟接起电话；对方说是你女朋友A妹；小弟转达说，“老大，你马子电话”；你说，接过来；小弟把电话接给你；你和你女朋友聊天半小时；挂电话。
我们来分析一下整个过程中的元素。先分析成员数据（请注意，这里开始用C++术语了）：你小弟（listenSock），你需要他来监听（listen，这是socket编程中的术语）电话；你自己（communicationSock），实际上打电话进行交流的是你自己；你的电话号码（servAddr），否则你女朋友怎么能到你？你女朋友的电话号码（clntAddr），这个比喻有点牵强，因为事实上你接起电话，不需要知道对方的号码也可以通话（虽然事实上你应该是知道的，你不会取消了来电显示功能吧^^），但是，难道你是只接女朋友电话从来不打过去的牛人吗？这个过程中的行为（成员函数）：你小弟接电话并转接给你（isAccept()）；你自己的通话（handleEcho()）（这个行为确实比较土，只会乌鸦学舌的echo，呵呵）。
简单的说，就是这些了。根据这个模型，我们可以很容易写出实现我们需要的echo功能的TCP server的类：
class TcpServer
{
private:
int listenSock;
int communicationSock;
sockaddr_in servAddr;
sockaddr_in clntAddr;
public:
TcpServer(int listen_port);
bool isAccept();
void handleEcho();
};
这里面有些简写，比如，sock实际上就是socket，addr就是address。serv和clnt我想你一定能猜到是server和client吧。还有一个socket中的结构体sockaddr_in，实际上就是这个意思：socket address internet（网络嵌套字地址），具体解说，请看下回分解。
2、socket与文件描述符
UNIX中的一切事物都是文件（everything in Unix is a file!）
当我在这篇教程中提到UNIX的时候，其意思专指符合UNIX标准的所谓“正统”UNIX 的衍生系统（其实我就用来带指那些买了最初UNIX源代码的商业系统）操作系统和类似Linux，BSD这些类UNIX系统。如果某些要点是Linux特有的，或者因为本人孤陋寡闻暂时搞不清楚是Linux特有的还是UNIX通用的，我就会指明是Linux，甚至其发行版（我本人在写这篇教程的时候是以Debian GNU/Linux4.0etch为测试平台的）。
我们学习UNIX的时候，恐怕听到的第一句话就是这句：UNIX中一切都是文件。这是UNIX的基本理念之一，也是一句很好的概括。比如，很多UNIX老鸟会举出个例子来，“你看，/dev/hdc是个文件，它实际上也是我的光盘……”UNIX中的文件可以是：网络连接（network connection），输入输出（FIFO），管道（a pipe），终端（terminal），硬盘上的实际文件，或者其它任何东东。
文件与文件描述符（file&file descriptor）
你可能对上一章中建模类中的int还记忆犹新。我们用int在描述socket，实际上，所有的文件描述符都是int，没错，用的是一个整数类型。如果你觉得这样让你很难接受，那么恭喜你，你跟我一样，也许是深中C++面向对象思想的毒了^^。因为是int，所以文件描述符不可能是C++概念中的对象，因为int无法发出行为，但是，这并不代表也不能接受一个动作哈。
PASCAL之父在批判面向对象思想教条的时候，曾经生动的举了个例子，“在OOP的概
念中，绝对不应该接受a+b这种表达的，OOP对这个问题的表达应该是a.add(b)”。fd（file descriptor）可以作为接受动作的对象，但是本身却无法发出动作，这就如同一个只能做宾语不能做主语的名词，是个不完整的对象。但是，请别忘了Linux和socket本身是C语言的产物，我们必须接受在面向过程时代下的产物，正视历史——当然，这与我们自己再进行OOP的封装并不矛盾。
我们应该记住3个已经打开的fd，0：标准输入（STDIN_FILENO）；1：标准输出（STDOUT_FILENO）；2：标准错误（STDERR_FILENO）。（以上宏定义在<unistd.h>中）一个最简单的使用fd的例子，就是使用<unistd.h>中的函数：write(1,"Hello,World!\n",20);，在标准输出上显示“Hello,World!”。
另外一个需要注意的问题是，file和fd并非一定是一一对应的。当一个file被多个程序调用的时候，会生成相互独立的fd。这个概念可以类比于C++中的引用（eg:int&rTmp= tmp;）。
socket与file descriptor
文件是应用程序与系统（包括特定硬件设备）之间的桥梁，而文件描述符就是应用程序使用这个“桥梁”的接口。在需要的时候，应用程序会向系统申请一个文件，然后将文件的描述符返回供程序使用。返回socket的文件通常被创建在/tmp或者/usr/tmp中。我们实际上不用关心这些文件，仅仅能够利用返回的socket描述符就可以了。
好了，说了这么多，实际上就解释了一个问题，“为什么socket的类型是int？”-_-!!
3、sockaddr与sockaddr_in
收件人地址
一家化妆品公司将一批新产品的样品，准备发给某学校某个班的女生们免费试用。通常情况下，这件邮包的地址上可以这么写：
收件人：全体女生。
地址：A省B市C学校，X级Y班。
socket编程聊天室基本流程
但是，如果在描述地址的时候这样写呢：
收件人：全体女生。
地址：请打电话xxxxxxxx，他们学校一个叫Lucy的女生，然后把东西送到她的班上。
这种文字是相当的诡异啊-_-!!!，但是并不等于就没有表述清楚邮包的去向和地址。事实上邮局看到这样的地址一定会发飙的，然而对于电脑，如果你的地址描述形式是他可以接受和执行的，他就会老老实实的按你的要求去做……
所以，如何描述地址不是问题的关键，关键在于这样的表述是不是能够表述清楚一个地址。一种更加通用的表达形式可能是这样的：
收件人：全体女生。

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