揭开Socket编程的面纱.docx

揭开Socket编程的面纱对 TCP/IP 、 UDP 、 Socket 编程这些词你不会很陌生吧？随着网络技术的发展，这些词充斥着我们的耳朵。那么我想问：1. 什么是 TCP/IP、UDP？2. Socket在哪里呢？3. Socket是什么呢？4. 你会使用它们吗？什么是TCP/IP、UDP？TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。这里有一张图，表明了这些协议的关系。图1TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。现在你知道TCP/IP与UDP的关系了吧。Socket在哪里呢？在图1中，我们没有看到Socket的影子，那么它到底在哪里呢？还是用图来说话，一目了然。图2原来Socket在这里。Socket是什么呢？Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。你会使用它们吗？前人已经给我们做了好多的事了，网络间的通信也就简单了许多，但毕竟还是有挺多工作要做的。以前听到Socket编程，觉得它是比较高深的编程知识，但是只要弄清Socket编程的工作原理，神秘的面纱也就揭开了。一个生活中的场景。你要打电话给一个朋友，先拨号，朋友听到电话铃声后提起电话，这时你和你的朋友就建立起了连接，就可以讲话了。等交流结束，挂断电话结束此次交谈。 生活中的场景就解释了这工作原理，也许TCP/IP协议族就是诞生于生活中，这也不一定。图3先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。在这里我就举个简单的例子，我们走的是TCP协议这条路（见图2）。例子用MFC编写，运行的界面如下：图4图5在客户端输入服务器端的IP地址和发送的数据，然后按发送按钮，服务器端接收到数据，然后回应客户端。客户端读取回应的数据，显示在界面上。下面是接收数据和发送数据的函数：int Receive(SOCKET fd, char *szText, int len)int cnt;int rc;cnt = len;while (cnt 0) rc = recv(fd, szText, cnt, 0);if (rc = SOCKET_ERROR) return- 1; if (rc = 0)return len - cnt;szText += rc;cnt -= rc; return len;int Send(SOCKET fd, char *szText, int len)int cnt;int rc;cnt = len;while (cnt 0) rc = send(fd, szText, cnt, 0);if (rc = SOCKET_ERROR) return- 1; if (rc = 0)return len - cnt;szText += rc;cnt -= rc; return len;服务器端：在服务器端，主要是启动Socket和监听线程。#define DEFAULT_PORT 2000void CServerDlg:OnStart()sockaddr_in local;DWORD dwThreadID = 0;local.sin_family = AF_INET;/设置的端口为DEFAULT_PORT。local.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);/IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。local.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;/初始化Socketm_Listening = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (m_Listening = INVALID_SOCKET) return ; /将本地地址绑定到所创建的套接字上if (bind(m_Listening, (LPSOCKADDR) &local, sizeof(local) = SOCKET_ERROR) closesocket(m_Listening);return ; /创建监听线程，这样也能响应界面上操作。m_hListenThread = :CreateThread(NULL, 0, ListenThread, this, 0, &dwThreadID);m_StartBtn.EnableWindow(FALSE);m_StopBtn.EnableWindow(TRUE);/监听线程函数：WORD WINAPI CServerDlg:ListenThread(LPVOID lpparam)CServerDlg *pDlg = (CServerDlg*)lpparam;if (pDlg = NULL)return 0;SOCKET Listening = pDlg-m_Listening;/开始监听是否有客户端连接。if (listen(Listening, 40) = SOCKET_ERROR) return 0; char szBufMAX_PATH;/初始化memset(szBuf, 0, MAX_PATH);while (1) SOCKET ConnectSocket;sockaddr_in ClientAddr;int nLen = sizeof(sockaddr);/阻塞直到有客户端连接，不然多浪费CPU资源。ConnectSocket = accept(Listening, (sockaddr*) &ClientAddr, &nLen);/都到客户端的IP地址。char *pAddrname = inet_ntoa(ClientAddr.sin_addr);pDlg-Receive(ConnectSocket, szBuf, 100);/界面上显示请求数据。pDlg-SetRequestText(szBuf);strcat(szBuf, :我是老猫，收到（);strcat(szBuf, pAddrname);strcat(szBuf, ）);/向客户端发送回应数据pDlg-Send(ConnectSocket, szBuf, 100); return 0;服务器端一直在监听是否有客户端连接，如有连接，处理客户端的请求，给出回应，然后继续监听。客户端：客户端的发送函数：#define DEFAULT_PORT 2000void CClientDlg:OnSend()DWORD dwIP = 0;TCHAR szTextMAX_PATH;memset(szText, 0, MAX_PATH);m_IP.GetWindowText(szText, MAX_PATH);/把字符串形式的IP地址转成IN_ADDR结构需要的形式。dwIP = inet_addr(szText);m_RequestEdit.GetWindowText(szText, MAX_PATH);ockaddr_in local;SOCKET socketTmp;/必须是AF_INET,表示该socket在Internet域中进行通信local.sin_family = AF_INET;/端口号local.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);/服务器的IP地址。local.sin_addr.S_un.S_addr = dwIP;/初始化SocketsocketTmp = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);/连接服务器if (connect(socketTmp, (LPSOCKADDR) &local, sizeof(local) 0) closesocket(socketTmp);MessageBox(连接服务器失败。);return ; /发送请求，为简单只发100字节，在服务器端也规定100字节。Send(socketTmp, szText, 100);/读取服务器端返回的数据。memset(szText, 0, MAX_PATH);/接收服务器端的回应。Receive(socketTmp, szText, 100);CHAR szMessageMAX_PATH;memset(szMessage, 0, MAX_PATH);strcat(szMessage, szText);/界面上显示回应数据。m_ReplyBtn.SetWindowText(szMessage);closesocket(socketTmp);客户端就一个函数完成了一次通信。在这里IP地址为何用127.0.0.1呢？使用这个IP地址，服务器端和客户端就能运行在同一台机器上，这样调试方便多了。当然你可以在你朋友的机器上运行Server程序(本人在局域网中测试过)，在自己的机器上运行Client程序，当然输入的IP地址就该是你朋友机器的IP地址了。简单的理论和实践都说了，现在Socket编程不神秘了吧？希望对你有些帮助。=以下是作者和读者的舌战，讨论的是套接字到底是什么东西，讨论来讨论去貌似没一个统一的意见re:BSD Socket是一个网络编程的API接口，它并非仅仅针对IP协议的。把Socket放到TCP/UDP的协议上层似乎不是太妥当？re:其实socket也没有层的概念，在文章中我说过，它其实是一个facade设计模式的应用，让编程变的更简单。是一个软件抽象层。在网络编程中，我们大量用的都是通过socket实现的。re:将socket理解为tcp/udp的facade的确不够恰当。第一，socket并不是以面向对象的方式提供的，在这里引用面向对象和设计模式的术语失妥。第二，socket事实上并不是留给编程开发的，而是留给网络操作系统实现协议栈的一个支持模型。例如berkeley socket和windows socket。至于编程开发时使用的socket模型和相应的API，则是操作系统服务API。事实上socket也不是tcp/udp服务的全部而是部分。不过文章归纳得还不错，只是没有提到tcp/udp中端口的概念是一大遗憾。如果用电话来对应网络会话的话，端口应该正好比分机号。re:其实对于facade设计模式，我的理解是不能局限于面向对象。facade定义是把很多复杂的东西放在后面，客户只需通过简单的接口，而不需要知道下面复杂的逻辑等。当然由于我对socket还没有能达到很高的境界，所以还有很多不知的。我自己也正在学习，比如在socket编程中，select函数还是有很重要的地位的，等自己正在明白了，还会有下篇的介绍。re:楼主不够谦虚！楼主可能为自己“创造性地”将socket理解为tcp/ip的facade偷偷高兴呢，其实极其错误！tcp/ip仅仅是一套协议、规范，并没有实体存在，是完全抽象的；socket模型则是清晰而具体的。而大部分情况下，门面模型是可有可无的，只是为了满足封装一个简单的外部门面而存在的，而你根本没有绕开socket去直接操纵tcp/ip的可能。换句话说，tcp/ip和socket并没有相提并论的前提，根本是为了解决同一个问题的两个步骤，是完全分离的。re:我想这不是谦虚不谦虚的问题，有问题就可以争论，你说呢？有一点我想你说错了，牛人是可以绕过socket去直接操纵tcp/ip的，只要他对tcp/ip协议很了解。就说好的抓包程序，单用socket是无法实现的。to 航天奇侠：是用SmartDraw软件作的图。re:关系是不是搞反了哟。tcp/ip应该是建立在socket的基础之上的，绕过socket去操作tcp/ip,还是第一次听到这样说。re:我们平时说的TCP/IP其实是一组协议，而不是一个叫TCP/IP的协议，它包括运输层，网络层，链路层。我们经常用的是TCP和UDP。re:我晕.抓包程序 基本上是使用raw socket(原始套接字)实现的,这是socket的高级功能，并不是因为对tcp/ip协议很了解，而是对socket很了解(当然不了解tcp/ip也无法理解高级的socket)。离开特定操作系统(或者虚拟机)讨论tcp/ip的编程是没有意义的。yf2008:没有tcp/ip建立在socket之上或者socket建立在tcp/ip之上这样的说法，都有自己的独立的完整体系，其功能也完全不同。re:raw socket其实就是跳过TCP，UDP这一层。用socket我们不光是只发数据了，还要TCP和UDP的头。为何不能跳过socket呢？我个人觉得可以。跳过它，都自己干。当然这要很大的勇气和足够的知识。呵呵。我看socket编程还是有很多讨论的地方的吗？欢迎多加讨论，这样我们就能搞清楚它了。共同进步是我们的目标。shootingstarre:呵呵，越讨论越乱了 *_*谈谈我的看法：ip仅仅是一个协议，大家按照这个协议规范来发送和解析这个某个流。大家可以自己一个字节一个字节来构建自己的IP数据报文，并非一定需要通过socket接口。（通过流行的winpcap，你可以抛开socket，发送自己构建的任意的IP报文）socket是一个大家都认为好用