C++ 之 SOCKET 通信详解

C++ 之 SOCKET 通信详解

• SOCKET中首先我们要理解如下几个定义概念:

  • 一是IP地址:IP Address， 就是依照TCP/IP协议分配给本地主机的网络地址, 比如两个进程要通讯，任一进程要知道通讯对方的位置，就用对方的IP。
  • 二是端口号: 用来标识本地通讯进程,方便OS提交数据.就是说进程指定了对方进程的网络IP，但这个IP只是用来标识进程所在的主机,如何来找到运行在这个主机的这个进程呢,就用端口号。
  • 三是连接: 指两个进程间的通讯链路
  • 四是半相关: 网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程：（协议，本地地址，本地端口号）
  • 五是全相关：一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通信的一端用TCP协议，而另一端用UDP协议。因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标识：（协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号）

• 运行模式：

  • 在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式（Client/Server model），即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。
  • 客户/服务器模式的建立基于以下两点：首先，建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等，需要共享，从而造就拥有众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次，网间进程通信完全是异步的，相互通信的进程间既不存在父子关系，又不共享内存缓冲区，因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步，这就是客户/服务器模式的TCP/IP。

• 下面详细总结一下 SOCKET 相关原理

1. SOCKET 基础

• Socket 是计算机网络中的端点，客户端和服务器通过Socket进行通信。每个Socket都是由操作系统提供的一个API，它封装了网络协议栈的各种细节，程序通过调用Socket相关函数来完成数据的发送和接收。

• Socket的类型在网络编程中，主要有两种Socket类型：

  • TCP Socket (SOCK_STREAM)：面向连接的可靠通信。数据以流的形式传输，适用于要求可靠性、顺序传输的应用（如HTTP、FTP等）。
  • UDP Socket (SOCK_DGRAM)：无连接的、不可靠的通信方式。数据报文独立发送，不保证顺序、可靠性，适用于对实时性要求较高但对丢包可以容忍的场景（如DNS、视频流、实时游戏等）。

• Socket是网络通信端点，TCP协议提供可靠连接（类似打电话），UDP协议提供无连接服务（类似发短信）。

• 完整流程总结

1. ​初始化 Winsock：WSAStartup()
​2. 创建 Socket：socket()
​3. 绑定地址​（服务器）：bind()
​4. 监听连接​（TCP 服务器）：listen()
​5. 接受连接​（TCP 服务器）：accept()
​6. 连接服务器​（TCP 客户端）：connect()
​7. 数据传输：send()/recv() 或 sendto()/recvfrom()
​8. 关闭 Socket：closesocket()
​9. 清理资源：WSACleanup()

2. 基础接口

1. 初始化与清理

• WSAStartup()
  ​功能：初始化 Winsock 库，必须在使用其他 Socket 函数前调用。
• ​函数原型：

int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

​参数： wVersionRequested：请求的 Winsock 版本（如 MAKEWORD(2, 2) 表示 2.2 版本）。
lpWSAData：指向 WSADATA 结构的指针，用于返回库的详细信息。
​返回值：成功返回 0，失败返回非零错误码。

• ​示例：

WSADATA wsaData;
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0) {
   
    std::cerr << "WSAStartup 失败，错误码: " << WSAGetLastError() << std::endl;
    return 1;
}

• ​WSACleanup()
  ​功能：清理 Winsock 库资源，程序退出前调用。
• ​函数原型：

int WSACleanup();

​返回值：成功返回 0，失败返回 SOCKET_ERROR。 ​
注意事项：必须与 WSAStartup() 成对使用。

2. Socket 的创建与关闭

• ​socket()
  ​功能：创建 Socket 句柄。
  ​- 函数原型：

SOCKET socket(int af, int type, int protocol);

​参数： af：地址族（如 AF_INET 表示 IPv4，AF_INET6 表示 IPv6）。
type：Socket 类型（SOCK_STREAM 为 TCP，SOCK_DGRAM 为 UDP）。
protocol：协议类型（通常设为 0，系统自动选择）。
​返回值：成功返回 SOCKET 句柄，失败返回 INVALID_SOCKET。

​- 示例：

SOCKET sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (sock == INVALID_SOCKET) {
   
    std::cerr << "socket 失败，错误码: " << WSAGetLastError() << std::endl;
}

• ​closesocket()
  ​功能：关闭 Socket 句柄（Windows 专用，替代 close()）。
• ​函数原型：

int closesocket(SOCKET s);

​返回值：成功返回 0，失败返回 SOCKET_ERROR。