linux socket 原理

Linux Socket（套接字）是Linux操作系统提供的一种网络通信机制，它允许不同计算机上的进程通过网络进行数据交换。Socket编程是一种网络编程模型，它提供了一种标准的方法来创建、发送和接收数据，使得应用程序能够通过网络进行通信。

基础概念

Socket: 套接字是一种通信端点，它允许不同计算机上的进程通过网络进行数据交换。
IP地址: 用于标识网络中的设备。
端口号: 用于标识设备上的特定进程。
协议: 定义了数据传输的规则，如TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。

工作原理

创建Socket: 使用socket()函数创建一个套接字。
绑定地址: 使用bind()函数将套接字与特定的IP地址和端口号绑定。
监听连接: 使用listen()函数使套接字进入监听状态，等待客户端连接。
接受连接: 使用accept()函数接受客户端的连接请求。
发送和接收数据: 使用send()和recv()函数进行数据的发送和接收。
关闭Socket: 使用close()函数关闭套接字。

优势

跨平台: Socket编程可以在不同的操作系统上运行。
灵活性: 支持多种协议（TCP/UDP），适用于不同的应用场景。
高效性: 直接与操作系统底层网络接口交互，性能较高。

类型

流式Socket (SOCK_STREAM): 基于TCP协议，提供可靠的、面向连接的通信。
数据报Socket (SOCK_DGRAM): 基于UDP协议，提供不可靠的、无连接的通信。

应用场景

Web服务器和客户端: 使用HTTP协议进行通信。
即时通讯软件: 使用TCP或UDP协议进行实时消息传递。
文件传输: 使用FTP协议进行文件上传和下载。
远程登录: 使用SSH协议进行安全的远程登录。

示例代码

以下是一个简单的TCP服务器和客户端的示例代码：

TCP服务器

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};

    // 创建socket
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 绑定地址
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(8080);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 监听连接
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接受连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 接收数据
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("Received: %s\n", buffer);

    // 发送数据
    send(new_socket, "Hello from server", 17, 0);

    // 关闭socket
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

TCP客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[1024] = {0};

    // 创建socket
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8080);

    // 转换IP地址
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }

    // 连接服务器
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }

    // 发送数据
    send(sock, "Hello from client", 17, 0);

    // 接收数据
    read(sock, buffer, 1024);
    printf("Received: %s\n", buffer);

    // 关闭socket
    close(sock);

    return 0;
}