socket编程相关问题

一个Server-Client模型程序的开发原理：

　　服务器，使用ServerSocket监听指定的端口，端口可以随意指定（由于1024以下的端口通常属于保留端口，在一些操作系统中不可以随意使用，所以建议使用大于1024的端口），等待客户连接请求，客户连接后，会话产生；在完成会话后，关闭连接。

　　客户端，使用Socket对网络上某一个服务器的某一个端口发出连接请求，一旦连接成功，打开会话；会话完成后，关闭Socket。客户端不需要指定打开的端口，通常临时的、动态的分配一个1024以上的端口。

　　Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解Socket接口。 Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。

　　常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。 Socket建立为了建立Socket，程序可以调用Socket函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket函数原型为：int socket(int domain, int type, int protocol);domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族）；type参数指定socket的类型：SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；protocol通常赋值"0"。Socket()调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。 Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用Socket函数时，socket执行体将建立一个Socket，实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。 Socket执行体为你管理描述符表。两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。 socket在测量软件中的使用也很广泛

socket深层次理解

Socket编程基本就是listen，accept以及send，write等几个基本的操作。 

对于网络编程，我们也言必称TCP/IP，似乎其它网络协议已经不存在了。对于TCP/IP，我们还知道TCP和UDP，前者可以保证数据的正确和可靠性，后者则允许数据丢失。最后，我们还知道，在建立连接前，必须知道对方的IP地址和端口号。除此，普通的程序员就不会知道太多了，很多时候这些知识已经够用了。最多，写服务程序的时候，会使用多线程来处理并发访问。 

我们还知道如下几个事实：

1。一个指定的端口号不能被多个程序共用。比如，如果IIS占用了80端口，那么Apache就不能也用80端口了。

2。很多防火墙只允许特定目标端口的数据包通过。

3。服务程序在listen某个端口并accept某个连接请求后，会生成一个新的socket来对该请求进行处理。

于是，一个困惑了我很久的问题就产生了。如果一个socket创建后并与80端口绑定后，是否就意味着该socket占用了80端口呢？如果是这样的，那么当其accept一个请求后，生成的新的socket到底使用的是什么端口呢（我一直以为系统会默认给其分配一个空闲的端口号）？如果是一个空闲的端口，那一定不是80端口了，于是以后的TCP数据包的目标端口就不是80了--防火墙一定会组织其通过的！实际上，我们可以看到，防火墙并没有阻止这样的连接，而且这是最常见的连接请求和处理方式。我的不解就是，为什么防火墙没有阻止这样的连接？它是如何判定那条连接是因为connet80端口而生成的？是不是TCP数据包里有什么特别的标志？或者防火墙记住了什么东西？

后来，我又仔细研读了TCP/IP的协议栈的原理，对很多概念有了更深刻的认识。比如，在TCP和UDP同属于传输层，共同架设在IP层（网络层）之上。而IP层主要负责的是在节点之间（End to End）的数据包传送，这里的节点是一台网络设备，比如计算机。因为IP层只负责把数据送到节点，而不能区分上面的不同应用，所以TCP和UDP协议在其基础上加入了端口的信息，端口于是标识的是一个节点上的一个应用。除了增加端口信息，UPD协议基本就没有对IP层的数据进行任何的处理了。而TCP协议还加入了更加复杂的传输控制，比如滑动的数据发送窗口（Slice Window），以及接收确认和重发机制，以达到数据的可靠传送。不管应用层看到的是怎样一个稳定的TCP数据流，下面传送的都是一个个的IP数据包，需要由TCP协议来进行数据重组。

所以，我有理由怀疑，防火墙并没有足够的信息判断TCP数据包的更多信息，除了IP地址和端口号。而且，我们也看到，所谓的端口，是为了区分不同的应用的，以在不同的IP包来到的时候能够正确转发。

TCP/IP只是一个协议栈，就像操作系统的运行机制一样，必须要具体实现，同时还要提供对外的操作接口。就像操作系统会提供标准的编程接口，比如Win32编程接口一样，TCP/IP也必须对外提供编程接口，这就是Socket编程接口--原来是这么回事啊！

在Socket编程接口里，设计者提出了一个很重要的概念，那就是socket。这个socket跟文件句柄很相似，实际上在BSD系统里就是跟文件句柄一样存放在一样的进程句柄表里。这个socket其实是一个序号，表示其在句柄表中的位置。这一点，我们已经见过很多了，比如文件句柄，窗口句柄等等。这些句柄，其实是代表了系统中的某些特定的对象，用于在各种函数中作为参数传入，以对特定的对象进行操作--这其实是C语言的问题，在C++语言里，这个句柄其实就是this指针，实际就是对象指针啦。

现在我们知道，socket跟TCP/IP并没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候，就希望也能适应其他的网络协议。所以，socket的出现只是可以更方便的使用TCP/IP协议栈而已，其对TCP/IP进行了抽象，形成了几个最基本的函数接口。比如create，listen，accept，connect，read和write等等。

现在我们明白，如果一个程序创建了一个socket，并让其监听80端口，其实是向TCP/IP协议栈声明了其对80端口的占有。以后，所有目标是80端口的TCP数据包都会转发给该程序（这里的程序，因为使用的是Socket编程接口，所以首先由Socket层来处理）。所谓accept函数，其实抽象的是TCP的连接建立过程。accept函数返回的新socket其实指代的是本次创建的连接，而一个连接是包括两部分信息的，一个是源IP和源端口，另一个是宿IP和宿端口。所以，accept可以产生多个不同的socket，而这些socket里包含的宿IP和宿端口是不变的，变化的只是源IP和源端口。这样的话，这些socket宿端口就可以都是80，而Socket层还是能根据源/宿对来准确地分辨出IP包和socket的归属关系，从而完成对TCP/IP协议的操作封装！而同时，放火墙的对IP包的处理规则也是清晰明了，不存在前面设想的种种复杂的情形。（以上为转载）

例子：/*
服务器端程序：
1、创建socket
2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上bind
3、将套接字设为监听模式，准备接受客户请求listen
4、等待客户请求到来；当请求到来后，结合搜此次连接的套接字accept
5、用返回的套接字和客户端进行通信send/recv
6、返回，等待另一客户请求。
7、关闭套接字。
*/

#include "WinSock2.h"
#include "stdio.h"
#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib")//导入库,lib表示库，" "表示库的名称 


int main(int argc, char* argv[]) 
{
//加载WinSock库 
WORD wVersionRequested;
WSADATA wsaData;
int err; 


wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 2 );


err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); 
if ( err != 0 ) return 0; 


if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 )
{ 
WSACleanup( ); 
return 0; 
} 


SOCKET lSocket,aSocket; //SOCKET句柄
SOCKADDR_IN AddrSer; 
AddrSer.sin_family=AF_INET; //网络类型/指代协议族
AddrSer.sin_port=htons(5000); //端口号,使用网络字节顺序,短整形
//存储IP地址,使用in_addr这个数据结构
AddrSer.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);//INADDR_ANY表示接受任何机器的请求 ，长整形
lSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 
//绑定服务器地址 
if(::bind(lSocket,(SOCKADDR*)&AddrSer,sizeof(SOCKADDR))==SOCKET_ERROR)
{ 
printf("绑定套接字失败"); 
return 0; 
} 
::listen(lSocket,1);//开始监听客户端的连接请求 
SOCKADDR_IN AddrCli;//客户端的地址信息 
int len=sizeof(SOCKADDR); 
aSocket=::accept(lSocket,(SOCKADDR*)&AddrCli,&len);//连接成功时，产生新的socket用来与客户端通信 
char recBuf[1024]; 
char senBuf[1024]; 
while (1) 
{ 
//TCP下为recv与send，UDP下为recefrom与sendto 
::recv(aSocket,recBuf,1024,0); 
if (recBuf[0]=='#') 
{ 
printf("客户端请求断开\n"); 
printf("正在断开..."); 
Sleep(3000); 
break; 
} 
printf("客户端：%s\n",recBuf); 
printf("服务器:"); 
gets(senBuf);//warming:gets()is unsafe 
if (senBuf[0]=='#') 
{ 
::send(aSocket,senBuf,1024,0); 
printf("正在请求断开...\n"); 
Sleep(3000); 
return 0; 
} 
//printf("服务器：%s\n",senBuf); 
::send(aSocket,senBuf,1024,0); 
memset(recBuf,' ',1024); 
memset(senBuf,' ',1024); 
} 
::closesocket(aSocket); 
::closesocket(lSocket); 
::WSACleanup(); 
return 0; 
}

/*
客户端程序：
1、创建套接字socket
2、想服务器发出连接请求connect
3、和服务器进行通信send/recv
4、关闭套接字。
*/


//#include "stdafx.h"
#include "WinSock2.h" 
#include "stdio.h" 
#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib") 


int main(int argc, char* argv[]) 
{ 
WORD wVersionRequested; 
WSADATA wsaData; 
int err; 


wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 2 ); 


err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); 
if ( err != 0 ) return 0; 
if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 2 )
{ 
WSACleanup( ); 
return 0; 
} 


SOCKET cSocket; 
cSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 
SOCKADDR_IN addrSer; 
addrSer.sin_family=AF_INET; 
addrSer.sin_port=htons(5000); 
addrSer.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1"); 
if(::connect(cSocket,(SOCKADDR*)&addrSer,sizeof(SOCKADDR))==SOCKET_ERROR) 
{ 
printf("连接服务器失败"); 
return 0; 
} 
char senBuf[1024]; 
char recBuf[1024]; 
while(1) 
{ 
printf("客户端："); 
gets(senBuf); 
if (senBuf[0]=='#') 
{ 
::send(cSocket,senBuf,1024,0); 
printf("正在请求断开...\n"); 
Sleep(3000); 
return 0; 
} 
//printf("客户端：%s\n",senBuf); 
::send(cSocket,senBuf,1024,0); 
::recv(cSocket,recBuf,1024,0); 
if(recBuf[0]=='#') 
{ 
printf("与服务器断开"); 
printf("正在断开..."); 
Sleep(3000); 
break; 
} 
printf("服务器：%s\n",recBuf); 
memset(recBuf,' ',1024); 
memset(senBuf,' ',1024); 
} 
::closesocket(cSocket); 
::WSACleanup(); 
return 0; 
}