一.概念介绍
1.socket 是什么？
socket（套接字）本质上是一个抽象的概念，它是一组用于网络通信的 API，提供了一种统一的接口，使得应用程序可以通过网络进行通信。在不同的操作系统中，socket 的实现方式可能不同，但它们都遵循相同的规范和协议，可以实现跨平台的网络通信。
2.socket实现通信的原理是基于网络协议栈。
协议栈是一个由多个层次协议组成的网络协议体系结构，它负责对数据进行封装和解封装，并确保数据能够在网络上正确传输。
当应用程序通过 socket 发送数据时，操作系统会将数据传递给协议栈的上层协议，该协议会对数据进行封装并添加一些必要的信息，例如目标 IP 地址和端口号等。然后将封装后的数据传递给下一层协议，直到数据最终被封装成一个网络包并通过网络发送到目标主机。
当目标主机收到网络包后，协议栈会对数据进行解封装，并将数据传递给操作系统中的套接字。如果该套接字是一个监听套接字，操作系统会创建一个新的套接字来处理连接请求，并将新的套接字加入到协议栈中。如果该套接字是一个已连接套接字，操作系统会将数据传递给应用程序处理。
3.socket 是一个系统接口函数，由操作系统提供，用于实现网络编程的功能。通过 socket 函数，应用程序可以创建套接字、绑定地址、监听连接、发送和接收数据等操作，从而实现网络通信。
二.api
1.Linux下socket编程需要用到的相关函数:
API参数介绍：
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
AF_UNIX, AF_LOCAL Local communication unix(7)
AF_INET IPv4 Internet protocols ip(7)
AF_INET6 IPv6 Internet protocols ipv6(7)
AF_IPX IPX - Novell protocols
AF_NETLINK Kernel user interface device netlink(7)
AF_X25 ITU-T X.25 / ISO-8208 protocol x25(7)
AF_AX25 Amateur radio AX.25 protocol
AF_ATMPVC Access to raw ATM PVCs
AF_APPLETALK AppleTalk ddp(7)
AF_PACKET Low level packet interface packet(7)
AF_ALG Interface to kernel crypto API
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
}
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
#define _GNU_SOURCE /* See feature_test_macros(7) */
#include <sys/socket.h>
int accept4(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen, int flags);
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
2.API介绍
（1）#include<sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数详解：
domain 参数
domain 参数指定套接字的协议族，常见的协议族有 AF_INET（IPv4）、AF_INET6（IPv6）和 AF_UNIX（本地套接字）等。
type 参数
type 参数指定套接字的类型，常见的类型有 SOCK_STREAM（流套接字/TCP 套接字）和 SOCK_DGRAM（数据报套接字/UDP套接字）等。
protocol 参数
protocol 参数指定使用的协议，常见的协议有 IPPROTO_TCP（TCP 协议）和 IPPROTO_UDP（UDP 协议）等。如果指定为 0，则会根据 domain 和 type 参数自动选择协议。
返回值：
socket 函数的返回值为新创建的套接字的文件描述符，如果创建失败则返回 -1。
（2）地址与端口设置的结构体 sockaddr_in
#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family;
unsigned short int sin_port;
struct in_addr sin_addr;
unsigned char sin_zero[8];
};
struct in_addr{
unsigned long s_addr; // 这是一个无符号32位整数，用于存储IPv4地址
};
/*
sin_family表示地址类型，对于基于TCP/IP传输协议的通信，该值只能是AF_INET；
sin_prot表示端口号，例如：21 或者 80 或者 27015，总之在0 ~ 65535之间；
sin_addr表示32位的IP地址，例如：192.168.1.5 或 202.96.134.133；
sin_zero表示填充字节，一般情况下该值为0；
Socket数据的赋值实例：
*/
// 实例
struct sockaddr_in addr;
memset(&addr, 0, sizeof(addr)); // 将结构体清零 主要是sin_zero表示填充字节为零
addr.sin_family = AF_INET; //（TCP/IP – IPv4）
addr.sin_port = htons(port_out); // 绑定端口号 htons将一个无符号短整型数值转换为网络字节序
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定IP htonl就是把ip字节顺序转化为网络字节顺序
// INADDR_ANY 泛指机器所有的IP因为有些电脑不只有一个网卡；INADDR_ANY 是一个宏，表示“任意地址”，通常用于服务器在绑定套接字时指定其愿意监听的地址。通常被赋值为 0.0.0.0 的网络字节序表示。
（3）发送数据接口
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
参数：
sockfd：套接字描述符
buf：待要发送的数据
len：待要发送数据的长度
flags：0为阻塞发送，MSG_OOB为发送带外数据; MSG_DONTWAIT 或 MSG_NONBLOCK为非阻塞模式
带外数据：即在紧急情况下所产生的数据，会越过前面进行排队的数据优先进行发送。
返回值：
成功则返回的字节数量，失败则返回-1。
（4）接收数据接口
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
参数：
sockfd：套接字描述符
buf：将接收到的数据放到buf中
len：接收数据的长度
flags：0为阻塞接收，即如果没有发送数据，则recv接口会阻塞； MSG_DONTWAIT 或 MSG_NONBLOCK为非阻塞模式
返回值：
>0：正常接收了多少字节的数据
==0：对端将连接关闭（即对端机器调用了close函数关闭了套接字）
<0：接收失败
3.在网络编程中write 和 send 函数区别：
（1）适用范围
write 函数：是 Unix 系统中的系统调用函数，用于向文件或管道等文件描述符写入数据。虽然它也可以用于套接字编程，但在套接字编程中，它通常被视为较为基础的发送方式。
send 函数：是 POSIX 标准中定义的函数，专门用于套接字编程。它提供了更多的控制和选项，更适合于复杂的网络通信需求。
（2）参数差异
write 函数：其参数通常包括文件描述符（fd）、指向要写入数据的缓冲区的指针（buf）以及要写入的数据量（nbytes）。它没有提供额外的控制选项。
send 函数：除了包含与 write 类似的参数（套接字文件描述符 sockfd、指向数据缓冲区的指针 buf、要发送的数据长度 len）外，还包含了一个额外的 flags 参数。这个 flags 参数允许调用者指定发送数据时的各种选项，如非阻塞模式、紧急数据等。
（3）发送数据的处理方式
write 函数：在写入数据时，如果数据量较大，可能会被分成多次写入，需要多次调用 write 函数。此外，write 函数在写入过程中可能会受到信号的影响而被中断。
send 函数：虽然 send 函数也可能需要多次调用以发送大量数据，但它提供了更好的可控性。通过设置 flags 参数，可以避免被信号中断，并且可以使用非阻塞模式等特性来优化发送过程。
三.代码示例
（1）创建TCP服务器
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
/*
TCP服务器创建步骤:
1. 创建socket套接字(类似于open打开文件一样)
2. 绑定端口号和IP地址
3. 设置监听等待队列的数量
4. 等待客户端连接
5. 完成正常数据收发
0x1234
192.168.1.123
255.255.255.255
*/
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc!=2)
{
printf("./app <端口号>\n");
return 0;
}
int sockfd;
/*1. 创建socket套接字*/
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
/*2. 绑定端口号与IP地址*/
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(atoi(argv[1])); // 端口号0~65535
addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY; //inet_addr("0.0.0.0"); //IP地址
if(bind(sockfd,(const struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr))!=0)
{
printf("服务器:端口号绑定失败.\n");
}
/*3. 设置监听的数量*/
listen(sockfd,20);
/*4. 等待客户端连接*/
int client_fd;
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
client_fd=accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr,&addrlen);
if(client_fd<0)
{
printf("客户端连接失败.\n");
return 0;
}
printf("连接的客户端IP地址:%s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
printf("连接的客户端端口号:%d\n",ntohs(client_addr.sin_port));
/*5. 完成通信*/
write(client_fd,"1234567890",10);
/*6. 关闭连接*/
close(client_fd);
close(sockfd);
return 0;
}
（2）创建TCP客户端
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <dirent.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
/*
TCP客户端创建步骤:
1. 创建socket套接字(类似于open打开文件一样)
2. 连接服务器
3. 完成正常数据收发
*/
int main(int argc,char **argv)
{
if(argc!=3)
{
printf("./app <IP地址> <端口号>\n");
return 0;
}
int sockfd;
/*1. 创建socket套接字*/
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
/*2. 连接服务器*/
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(atoi(argv[2])); // 端口号0~65535
addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]); //IP地址
if(connect(sockfd,(const struct sockaddr *)&addr,sizeof(struct sockaddr_in))!=0)
{
printf("客户端:服务器连接失败.\n");
return 0;
}
/*3. 完成数据通信*/
char buff[1024];
int cnt;
cnt=read(sockfd,buff,1024);
buff[cnt]='\0';
printf("客户端收到的数据:%s,%d\n",buff,cnt);
close(sockfd);
return 0;
}