套接字编程入门

1. 套接字概述

套接字（Socket）是用于网络通信的端点。通过套接字，程序可以通过网络发送和接收数据。了解套接字编程的基础知识是进行网络编程的第一步。

1.1 套接字的类型

• 流套接字（SOCK_STREAM）：基于TCP协议，提供可靠的双向字节流。
• 数据报套接字（SOCK_DGRAM）：基于UDP协议，提供无连接的、尽力而为的服务。

1.2 套接字的基本概念

• IP地址：标识网络上的每个设备，例如 192.168.1.1。
• 端口号：每个服务在某台设备上使用的数字标识，例如 80（HTTP服务）。
• 地址族：通常是 AF_INET（IPv4）或 AF_INET6（IPv6）。

2. 套接字编程基础

2.1 创建一个套接字

要使用套接字，首先需要创建一个套接字，让我们用TCP作为例子。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    int sockfd;
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("ERROR opening socket");
        exit(1);
    }
    printf("Socket created successfully!\n");
    return 0;
}

2.2 绑定套接字

绑定套接字将它与特定的IP地址和端口关联。

struct sockaddr_in server_addr;

memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr)); // 清零
server_addr.sin_family = AF_INET; // 地址族
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 自动选择IP地址
server_addr.sin_port = htons(12345); // 端口号

if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
    perror("ERROR on binding");
    exit(1);
}
printf("Socket bound to port 12345.\n");

2.3 监听连接

在套接字上监听连接请求。

listen(sockfd, 5); // 最多5个挂起的连接请求
printf("Listening for connections...\n");

2.4 接受连接

接受来自客户端的连接。

int newsockfd;
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t clilen = sizeof(client_addr);

newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &clilen);
if (newsockfd < 0) {
    perror("ERROR on accept");
    exit(1);
}
printf("Connection accepted!\n");

3. 数据收发

3.1 发送数据

使用 send 函数发送数据给客户端。

const char *msg = "Hello from server!";
send(newsockfd, msg, strlen(msg), 0);

3.2 接收数据

使用 recv 函数接收数据。

char buffer[256];
memset(buffer, 0, 256);
recv(newsockfd, buffer, 255, 0);
printf("Received message: %s\n", buffer);

4. 关闭套接字

在程序结束之前关闭所有打开的套接字。

close(newsockfd);
close(sockfd);
printf("Sockets closed.\n");

5. 完整示例代码

下面是一个简单的回显服务器的完整示例代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>

#define PORT 12345

int main() {
    int sockfd, newsockfd;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t clilen;
    char buffer[256];

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) {
        perror("ERROR opening socket");
        exit(1);
    }

    // 绑定
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    server_addr.sin_port = htons(PORT);
    
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
        perror("ERROR on binding");
        exit(1);
    }

    // 监听
    listen(sockfd, 5);
    printf("Listening for connections on port %d...\n", PORT);

    // 接受连接
    clilen = sizeof(client_addr);
    newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &clilen);
    if (newsockfd < 0) {
        perror("ERROR on accept");
        exit(1);
    }
    printf("Connection accepted!\n");

    // 数据收发
    memset(buffer, 0, 256);
    recv(newsockfd, buffer, 255, 0);
    printf("Received message: %s\n", buffer);
    
    send(newsockfd, buffer, strlen(buffer), 0); // 回显数据

    // 关闭套接字
    close(newsockfd);
    close(sockfd);
    printf("Sockets closed.\n");
    
    return 0;
}

6. 总结

本节介绍了C语言中的基本套接字编程，包括创建套接字、绑定、监听、接受连接以及数据的发送和接收。通过实际示例，你可以建立一个简单的服务器与客户端进行通信。进一步的内容可以扩展到并发处理、多客户端支持等高级主题。