使用 Socket API 建立简易的 TCP 服务端

建立一个 socket

  • 使用 socket 函数返回SOCKET 对象

    • 返回值：设置完成的 SOCKET 对象

    • 参数 1：IP 协议类型

    • 参数 2：传输的数据报类型

      • [^SOCK_STREAM]: 流格式 SOCKET

        流格式套接字（Stream Sockets）也叫“面向连接的套接字”，在代码中使用 SOCK_STREAM 表示。

        SOCK_STREAM 是一种可靠的、双向的通信数据流，数据可以准确无误地到达另一台计算机，如果损坏或丢失，则会重新发送。

        流格式套接字有自己的纠错机制，在此我们就不讨论了。

        SOCK_STREAM 有以下几个特征：

        • 数据在传输过程中不会消失；
        • 数据是按照顺序传输的；
        • 数据的发送和接收不是同步的（不存在数据边界）
        • 基于 TCP 协议

      • [^SOCK_DGRAM]: 数据报格式 SOCKET

        数据报格式套接字（Datagram Sockets）也叫“无连接的套接字”，在代码中使用 SOCK_DGRAM 表示。

        计算机只管传输数据，不作数据校验，如果数据在传输中损坏，或者没有到达另一台计算机，是没有办法补救的。也就是说，数据错了就错了，无法重传。

        因为数据报套接字所做的校验工作少，所以在传输效率方面比流格式套接字要高。

        可以将 SOCK_DGRAM 比喻成高速移动的摩托车快递，它有以下特征：

        • 强调快速传输而非传输顺序；
        • 传输的数据可能丢失也可能损毁；
        • 限制每次传输的数据大小；
        • 数据的发送和接收是同步的（存在数据边界）
        • 基于 UDP 协议

    • 参数 3：传输协议

      • [^IPPROTO_TCP]: TCP 协议

      • [^IPPROTO_UDP]: UDP 协议

绑定接受客户端连接的端口 bind

  • 使用 bind 函数连接客服端的IP 地址及端口

    • 返回值：绑定结果的状态

      失败返回 0，但是一般为了代码的可读性，使用给定的宏 SOCKET_ERROR

    • 参数 1：SOCKET 接口

      填入上一步使用 socket 函数返回的 SOCKET 对象即可

    • 参数 2：可被绑定的端口

      使用sockaddr_in创建可被绑定的地址对象

      • 设置端口协议: (创建的对象名).sin_family = 上一步选择的IP协议类型

      • 分 配 端 口 号:(创建的对象名).sin_port = htons(设定的端口号)

      htons:

      端口号在传输过程中为 2 字节的 unsigned short 类型

      网络传输中的 short 类型经过特殊处理，与内置的类型不同，则需要 htons 函数进行转换

      htons = host to net unsigned short

      • 设定 IP 地址:(创建的对象名).sin_addr.S.un.S.addr = (设定的IP)

      其中“127.0.0.1”意味着本地主机的地址，一般用于本地测试

      同时 windows 提供了宏定义 INADDR_ANY，表示使用主机任意 IP 地址

监听网络端口 listen

  • 使用 listen 函数监听网络端口

    • 返回值：监听状态

      同 bind 函数一样，建议使用 SOCKET_ERROR 判断监听结果

    • 参数 1：SOCKET 接口

      填入第一步使用 socket 函数返回的 SOCKET 对象即可

    • 参数 2：backlog

      这个参数涉及到一些网络的细节。进程处理一个一个连接请求的时候，可能还存在其它的连接请求。因为 TCP 连接是一个过程，所以可能存在一种半连接的状态，有时由于同时尝试连接的用户过多，使得服务器进程无法快速地完成连接请求。如果这个情况出现了，服务器进程希望内核如何处理呢？内核会在自己的进程空间里维护一个队列以跟踪这些完成的连接但服务器进程还没有接手处理或正在进行的连接，这样的一个队列内核不可能让其任意大，所以必须有一个大小的上限。这个 backlog 告诉内核使用这个数值作为上限。

      毫无疑问，服务器进程不能随便指定一个数值，内核有一个许可的范围。这个范围是实现相关的。很难有某种统一，一般这个值会小 30 以内

等待接受客户端连接 accept

  • 使用 accept 函数接收客户端的请求

    • 返回值：接收到的客户端对象

      如果失败，会返回一个 INVALID_SOCKET 对象

      可以使用通过查看返回对象内的 sin_addr 成员，来读取客户端 ip 地址

      同端口设置一样，需要使用转换函数inet_ntoa([接收的对象名].sin_addr)转换成字符串类型

      该函数在 vs 中已经被弃用

      在第一行中添加宏定义#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS可消除警告

    • 参数 1：SOCKET 接口

    • 参数 2：用于存放请求的客户端的地址

      传入一个新的 SOCKET 地址对象（建议初始化为空）

    • 参数 3：客户端的大小

      使用 sizeof（客服端的类型），需要传入**int***的变量

向客户端发送一条数据 send

  • 使用 send 函数向客户端返回数据

    • 返回值

    • 参数 1：客户端的 SOCKET 对象

      accpet 函数接收返回的 SOCKET 对象

    • 参数 2：传送的数据(**const char***类型)

    • 参数 3：传送的数据的大小

    • 参数 4：默认值填 0

关闭 socket

  • 使用 closesocket 关闭创建的 socket
    • 参数 1：第一步创建的 SOCKET 对象

代码展示

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#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS

#include <WinSock2.h>
#include <windows.h>
#include <iostream>

using std::cout;
using std::endl;

#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
//#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS


int main() {
	WORD ver = MAKEWORD(2, 2);
	WSADATA wsa;
	WSAStartup(ver, &wsa);
	//建立一个socket接口
	SOCKET _sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

	//使用bind绑定接受客户端连接的网络端口
	sockaddr_in _sin = {};
	_sin.sin_family = AF_INET;
	_sin.sin_port = htons(4567);				//host to net unsigned short
	_sin.sin_addr.S_un.S_addr = INADDR_ANY;     //inet_addr("127.0.0.1");

	if (SOCKET_ERROR == bind(_sock, (sockaddr*)&_sin, sizeof(_sin))) {
		cout << "绑定失败" << endl;
	}
	else {
		cout << "绑定成功！" << endl;
	}

	//使用listen监听网络端口
	const int maxLinkNum = 5;
	if (SOCKET_ERROR == listen(_sock, maxLinkNum)) {
		cout << "监听失败" << endl;
	}
	else {
		cout << "监听成功！" << endl;
	}

	//accept等待客户端进行链接
	SOCKADDR_IN cAddr = {};
	int cAddrLen = sizeof(SOCKADDR_IN);
	SOCKET _cSock = INVALID_SOCKET;
	char msg[] = "Hello Socket!";

	while (true) {
		_cSock = accept(_sock, (SOCKADDR*)&cAddr, &cAddrLen);
		if (_cSock == INVALID_SOCKET) {
			cout << "接受的地址无效" << endl;
		}
		cout << "新客户端加入：IP = " << inet_ntoa(cAddr.sin_addr) << endl;
		//send向客户端返回数据
		send(_cSock, msg, strlen(msg) + 1, 0);
	}

	//关闭socket
	closesocket(_sock);

	WSACleanup();
	return 0;
}