网络编程的基本概念

写在前面

这篇文章是笔者在复习的时候整理出来的，希望对大家有所帮助。

套接字

两台计算机在进行网络通信的时候，除了需要有可靠的物理连接之外，还需要对应的软件才能进行通信，这个软件需要程序员手动编写。两台进行通信的计算机平台和系统都有可能不同，使用使用系统提供的一组API可以让我们忽略这种差异性。这类API我们称之为套接字。

套接字（Socket）并不是指一个独立的软件，而是网络通信的编程接口（API），是程序员用来实现网络通信的工具。以下是更准确的解释：

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1. 套接字的本质

• 套接字是操作系统提供的一组编程接口（如函数、方法），属于软件层面的概念。
• 它抽象了底层网络硬件（如网卡、电缆）和协议（如TCP/IP）的复杂性，让程序员可以通过简单的代码（如bind()、connect()、send()等）实现网络通信。

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2. 套接字的作用

• 通信端点：套接字是网络通信的“端点”，两台计算机通过各自的套接字建立连接（类似打电话时的两部手机）。
• 协议封装：套接字背后封装了网络协议（如TCP/UDP），程序员无需直接处理数据包的拆分、校验、重传等细节。

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3. 是否需要手动编写？

• 是的，但非从零开始：程序员需要调用套接字API编写通信逻辑（如建立连接、收发数据），但不需要自己实现底层协议。
• 依赖操作系统：套接字功能由操作系统提供（如Linux的sys/socket.h、Windows的Winsock.h），编程语言（如Python的socket模块）会进一步封装这些接口。

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4. 类比理解

• 像“插座”：物理连接（网线）好比电线，套接字好比插座，程序员通过“插座”接入网络，而无需关心电流如何传输。
• 像“文件操作”：套接字和文件操作类似（如read()/write()），只是数据通过网络传输而非本地磁盘。

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5. 关键补充

• 物理连接已存在：套接字假设底层网络（如以太网、Wi-Fi）已连通，它只负责软件层面的数据交换。
• 跨语言/平台：不同语言（C/Python/Java等）的套接字API设计类似，但具体语法可能不同。

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套接字是程序员用来实现网络通信的编程接口（API），它基于操作系统提供的网络协议栈，通过代码控制通信行为，而非一个独立的软件。 物理连接由硬件和底层协议保证，套接字则负责在软件层面建立、管理和终止通信。

套接字是网络编程的核心概念，贯穿网络编程学习的整个过程。

使用套接字编程的基本过程

首先需要明白。信息的发送和接收是不同的，需要使用不同的代码实现。

使用套接字进行接收信息的网络编程：

1. 创建套接字，使用socket函数
2. 调用bind函数，给套接字分配地址信息（IP和端口）
3. 调用listen函数把套接字转换为可接收连接的状态
4. 调用accept函数受理连接

使用套接字进行发送信息的网络编程：

1. 创建套接字
2. 调用connect函数

示例代码

先直接给出在Windows上使用c/c++进行网络编程的基本代码结构，先给出TCP的，UDP的以后会出专门的复习笔记。

TCP网络编程的基本代码结构

关于TCP的更详细地介绍，以后会有专门的复习笔记，这里只是简单地给出代码。先给出服务端的：

#include 
#include 
#include 

//错误处理
void ErrorHandling(char* message)
{
	fputs(message, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	WSADATA wsaData;//套接字信息
	SOCKET hServSock, hClntSock;//服务端和客户端套接字
	SOCKADDR_IN servAddr, clntAddr;//地址信息

	int szClntAddr;
	char message[] = "Hello World!";
	if (argc != 2)
	{
		printf("Usage : %s \n", argv[0]);
		exit(1);
	}

    //Windows上必须初始化套接字
	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("WSAStartup() error"));
	}

    //创建套接字
	hServSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (hServSock == INVALID_SOCKET)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("socket() error"));
	}

    //填充地址信息
	memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr));
	servAddr.sin_family = AF_INET;
	servAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	servAddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    //将地址信息与套接字关联起来
	if (bind(hServSock, (SOCKADDR*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == SOCKET_ERROR)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("bind() error"));
	}

    //将套接字转换为接听状态
	if (listen(hServSock, 5) == SOCKET_ERROR)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("listen() error"));
	}

    //处理连接请求
	szClntAddr = sizeof(clntAddr);
	hClntSock = accept(hServSock, (SOCKADDR*)&clntAddr, &szClntAddr);
	if (hClntSock == INVALID_SOCKET)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("accept() error"));
	}

    //发送数据
	send(hClntSock, message, sizeof(message), 0);
    //关闭套接字
	closesocket(hClntSock);
	closesocket(hServSock);
	WSACleanup();

	return 0;
}

下面的代码是客户端的：

#include 
#include 
#include 
#include 

void ErrorHandling(char* message)
{
	fputs(message, stderr);
	fputc('\n', stderr);
	exit(1);
}

int main(int argc, char* argv[])
{
	WSADATA wsaData;
	SOCKET hSocket;
	SOCKADDR_IN servAddr;

	char message[30];
	int strLen;
	if (argc != 3)
	{
		printf("Usage : %s  \n", argv[0]);
		exit(1);
	}

	if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("WSAStartup() error"));
	}

	hSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (hSocket == INVALID_SOCKET)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("socket() error"));
	}

	memset(&servAddr, 0, sizeof(servAddr));
	servAddr.sin_family = AF_INET;
	inet_pton(AF_INET,argv[1],&servAddr.sin_addr.s_addr);
	servAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    //连接服务器
	if (connect(hSocket, (SOCKADDR*)&servAddr, sizeof(servAddr)) == SOCKET_ERROR)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("connect() error"));
	}

    //接收信息
	strLen = recv(hSocket, message, sizeof(message) - 1, 0);
	if (strLen == -1)
	{
		ErrorHandling(const_cast<char*>("recv() error"));
	}

	printf("message from server: %s\n", message);

	closesocket(hSocket);
	WSACleanup();

	return 0;
}