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    iOS的socket开发基础

    socket简介

    首先让我们通过一张图知道socket在哪里?

    Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层,它是一组接口。

    tcp和udp的区别在这里就必须讲一下udp和tcp的区别了

    TCP:面向连接、传输可靠(保证数据正确性,保证数据顺序)、用于传输大量数据(流模式)、速度慢,建立连接需要开销较多(时间,系统资源)。

    UDP:面向非连接、传输不可靠、用于传输少量数据(数据包模式)、速度快。

    关于TCP是一种流模式的协议,UDP是一种数据报模式的协议,这里要说明一下,TCP是面向连接的,也就是说,在连接?#20013;?#30340;过程中,socket中收到的数据都是由同一台主机发出的(劫持什么的不考虑),因此,知道保证数据是有序的到达就行了,至于每次读取多少数据自己看着办。

    而UDP是无连接的协议,也就是说,只要知道接收端的IP和端口,且网络是可达的,任何主机都可以向接收端发送数据。这时候,如果一?#25991;?#35835;取超过一个报文的数据,则会乱套。比如,主机A向发送了报文P1,主机B发送了报文P2,如果能够读取超过一个报文的数据,那么就会将P1和P2的数据合并在了一起,这样的数据是没有意义的。

    TCP三次握手和四次挥手相对于SOCKET开发者,TCP创建过程和连接拆除过程是由TCP/IP协议栈自动创建的。因此开发者并不需要控制这个过程。但是对于理解TCP底层运作机制,相当有帮助。

    因此在这里详细解释一下这两个过程。

    TCP三次握手

    所谓三次握手(Three-way Handshake),是指建立一个TCP连接时,需要客户端和服务器总共发送3个包。

    三次握手的目的是连接服务器指定端口,建立TCP连接,并同步连接双方的序列号和确认号并交换 TCP 窗口大小信息.在socket编程中,客户端执行connect()时。将触发三次握手。

    首先了解一?#24405;?#20010;标志,SYN(synchronous),同步标志,ACK (Acknowledgement),即确认标志,seq应该是Sequence Number,序列号的意思,另外还有四次握手的fin,应该是final,表示结束标志。

    第一次握手:客户端发送一个TCP的SYN标志位置1的包指明客户打算连接的服务器的端口,以及初始序号X,保存在包头的序列号(Sequence Number)字段里。

    第二次握手:服务器发回确认包(ACK)应答。即SYN标志位和ACK标志位均为1同时,将确认序号(Acknowledgement Number)设置为客户的序列号加1以,即X+1。

    第三次握手:客户端再次发送确认包(ACK) SYN标志位为0,ACK标志位为1。并且把服务器发来ACK的序号字段+1,放在确定字段中发送给对方.并且在数据段放写序列号的+1。

    tcp四次挥手

    TCP的连接的拆除需要发送四个包,因?#39034;?#20026;四次挥手(four-way handshake)。客户端或服务器均可主动发起挥手动作,在socket

    编程中,任何一方执行close()操作即可产生挥手操作。

    其实有个问题,为什么连接的时候是三次握手,关闭的时候却是四次挥手?

    因为当Server端收到Client端的SYN连接请求报文后,可以直接发送SYN+ACK报文。其中ACK报文是用来应答的,SYN报文是用来同步的。但是关闭连接时,当Server端收到FIN报文时,很可能并不会立即关闭SOCKET,所以只能先回复一个ACK报文,告诉Client端,”你发的FIN报文我收到了”。只有等到我Server端所有的报文都发送完了,我才能发送FIN报文,因此不能一起发送。故需要四步握手。

    tcpsocket和udpsocket的具体实现讲了这么久,终于要开始讲socket的具体实现了,iOS提供了Socket网络编程的接口CFSocket,不过这里使用BSD Socket。

    tcp和udp的socket是有区别的,这里给出这两种的设计框架

    基本TCP客户—服务器程序设计基本框架

    基本UDP客户—服务器程序设计基本框架流程图

    常用的Socket类型有两种:流式Socket(SOCK_STREAM)和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket,针对于面向连接的TCP服务应用;数据报式Socket是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP服务应用。

    1、socket调用库函数主要有:创建套接字

    Socket(af,type,protocol)

    建立地址和套接字的联系

    bind(sockid, local addr, addrlen)

    服务器端侦听客户端的请求

    listen( Sockid ,quenlen)

    建立服务器/客户端的连接 (面向连接TCP)

    客户端请求连接

    Connect(sockid, destaddr, addrlen)

    服务器?#35828;却?#20174;编号为Sockid的Socket上接收客户连接请求

    newsockid=accept(Sockid,Clientaddr, paddrlen)

    发送/接收数据

    面向连接:

    send(sockid, buff, bufflen) 
            recv( )

    面向无连接:

    sendto(sockid,buff,…,addrlen) 
            recvfrom( )

    释放套接字

    close(sockid)

    tcpsocket的具体实现

    服务器的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定,然后调用listen在相应的socket上监听,当accpet接收到一个连接服务请求时,将生成一个新的socket。服务器显示?#27599;?#25143;机的IP地址,并通过新的socket向客户端发送字符串” hi,I am server!”。最后关闭该socket。

    #import <Foundation/Foundation.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    int main(int argc, const char * argv[])
    {
    	@autoreleasepool {
    //		1
    		int err;
    		int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM  , 0);
    		BOOL success=(fd!=-1);
    //		1
    //   2	 
    		if (success) {
    			NSLog(@"socket success");  
    			struct sockaddr_in addr;
    			memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    			addr.sin_len=sizeof(addr);
    			addr.sin_family=AF_INET;
    //			=======================================================================
    			addr.sin_port=htons(1024);
    //		============================================================================
    			 addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
    			err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    			success=(err==0);
    		}
     //   2		  
    //		============================================================================
    		if (success) {
    			NSLog(@"bind(绑定) success");
    			err=listen(fd, 5);//开?#25216;?#21548;
    			success=(err==0);
    		}
    //	============================================================================	 
    		//3
    		if (success) {
    			NSLog(@"listen success");
    			while (true) {
    				struct sockaddr_in peeraddr;
    				int peerfd;
    				socklen_t addrLen;
    				addrLen=sizeof(peeraddr);
    				NSLog(@"prepare accept");
    				peerfd=accept(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, &addrLen);
    				success=(peerfd!=-1);
    //	============================================================================
    				if (success) {
    					NSLog(@"accept success,remote address:%s,port:%d",inet_ntoa(peeraddr.sin_addr),ntohs(peeraddr.sin_port));
    					char buf[1024];
    					ssize_t count;
    					size_t len=sizeof(buf);
    					do {
    						count=recv(peerfd, buf, len, 0);
    						NSString* str = [NSString stringWithCString:buf encoding:NSUTF8StringEncoding];
    						NSLog(@"%@",str);
    					} while (strcmp(buf, "exit")!=0);
    				}
    //	============================================================================
    				close(peerfd);
    			} 
    		}  
    //3	 
    	}
    	return 0;
    }
    

    客户端的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定,请求连接服务器,通过新的socket向客户端发送字符串” hi,I am client!”。最后关闭该socket。

    //
    //  main.m
    //  kewai_SocketClient
    //
    #import <Foundation/Foundation.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #import <arpa/inet.h>
    int main(int argc, const char * argv[])
    {
    	@autoreleasepool {
    	 //		1 
    		 int err;
    		int fd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    		BOOL success=(fd!=-1);
    		struct sockaddr_in addr;
    	 //		1
    		//   2
    		if (success) {
    			NSLog(@"socket success");
    			memset(&addr, 0, sizeof(addr));
    			addr.sin_len=sizeof(addr);
    			addr.sin_family=AF_INET;
    			addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
    			err=bind(fd, (const struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));
    			success=(err==0);
    		}
    		//   2
    		//3
    		if (success) {
    //============================================================================		   
    			struct sockaddr_in peeraddr;
    			memset(&peeraddr, 0, sizeof(peeraddr));
    			peeraddr.sin_len=sizeof(peeraddr);
    			peeraddr.sin_family=AF_INET;
    			peeraddr.sin_port=htons(1024);
    //			peeraddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
    			peeraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("172.16.10.120");
    //			这个地址是服务器的地址, 
    			socklen_t addrLen;
    			addrLen =sizeof(peeraddr);
    			NSLog(@"connecting");
    			err=connect(fd, (struct sockaddr *)&peeraddr, addrLen);
    			success=(err==0);
    			if (success) {
    //				struct sockaddr_in addr;
    				err =getsockname(fd, (struct sockaddr *)&addr, &addrLen);
    				success=(err==0);
    //============================================================================
    //============================================================================
    				if (success) {
    					  NSLog(@"connect success,local address:%s,port:%d",inet_ntoa(addr.sin_addr),ntohs(addr.sin_port));
    					char buf[1024];
    					do {
    						printf("input message:");
    						scanf("%s",buf);
    						send(fd, buf, 1024, 0);
    					} while (strcmp(buf, "exit")!=0); 
    				}
    			}
    			else{
    				NSLog(@"connect failed");
    			}
    		}
    	//	============================================================================
    		//3
    	}
    	return 0;
    }
    

    udpsocket的具体实现

    下面是udpsocket的具体实现

    服务器的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定,接收到一个客户端时,服务器显示?#27599;?#25143;端的IP地址,并将?#25191;?#36820;回给客户端。

    /*
     *UDP/IP应用编程接口(API)
     *服务器的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其与本机
     *地址以及一个本地端口号绑定,接收到一个客户端时,服务器显示?#27599;?#25143;端的IP地址,并将?#25191;? *返回给客户端。
     */
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    #include<errno.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/socket.h>
    #include<netinet/in.h>
    #import <arpa/inet.h>
    int main(int argc,char **argv)
    {
    	int ser_sockfd;
    	int len;
    	//int addrlen;
    	socklen_t addrlen;
    	char seraddr[100];
    	struct sockaddr_in ser_addr;
    	/*建立socket*/
    	ser_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    	if(ser_sockfd<0)
    	{ 
    		printf("I cannot socket success\n");
    		return 1;
    	}
    	/*填写sockaddr_in 结构*/
    	addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
    	bzero(&ser_addr,addrlen);
    	ser_addr.sin_family=AF_INET;
    	ser_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    	ser_addr.sin_port=htons(1024);
    	/*绑定客户端*/
    	if(bind(ser_sockfd,(struct sockaddr *)&ser_addr,addrlen)<0)
    	{
    		printf("connect");
    		return 1;
    	}
    	while(1)
    	{
    		bzero(seraddr,sizeof(seraddr));
    		len=recvfrom(ser_sockfd,seraddr,sizeof(seraddr),0,(struct sockaddr*)&ser_addr,&addrlen);
    		/*显示client端的网络地址*/
    		printf("receive from %s\n",inet_ntoa(ser_addr.sin_addr));
    		/*显示客户端发来的?#25191;?/ 
    		printf("recevce:%s",seraddr);
    		/*将?#25191;?#36820;回给client端*/
    		sendto(ser_sockfd,seraddr,len,0,(struct sockaddr*)&ser_addr,addrlen);
    	}
    }
    

    客户端的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,填写服务器地址及端口号,从标准输入设备中取得字符串,将字符串传送给服务器端,并接收服务器端返回的字符串。最后关闭该socket。

    /*
     *UDP/IP应用编程接口(API)
     *客户端的工作流程:首先调用socket函数创建一个Socket,填写服务器地址及端口号,
     *从标准输入设备中取得字符串,将字符串传送给服务器端,并接收服务器端返回的字
     *符串。最后关闭该socket。
     */
    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<string.h>
    #include<errno.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/socket.h>
    #include<netinet/in.h>
    #include <netinet/in.h>
    #import <arpa/inet.h>
    int GetServerAddr(char * addrname)
    {
    	printf("please input server addr:");
    	scanf("%s",addrname);
    	return 1; 
    }
    int main(int argc,char **argv)
    {
    	int cli_sockfd;
    	int len;
    	socklen_t addrlen;
    	char seraddr[14];
    	struct sockaddr_in cli_addr;
    	char buffer[256];
    	GetServerAddr(seraddr);
    	/* 建立socket*/
    	cli_sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);
    	if(cli_sockfd<0)   
    	{  
    		printf("I cannot socket success\n"); 
    		return 1; 
    	}
    	/* 填写sockaddr_in*/
    	addrlen=sizeof(struct sockaddr_in);
    	bzero(&cli_addr,addrlen);
    	cli_addr.sin_family=AF_INET;
    	cli_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(seraddr);
    	//cli_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    	cli_addr.sin_port=htons(1024);
    	bzero(buffer,sizeof(buffer));
    	/* 从标准输入设备取得字符串*/
    	len=read(STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer));
    	/* 将字符串传送给server端*/
    	sendto(cli_sockfd,buffer,len,0,(struct sockaddr*)&cli_addr,addrlen);
    	/* 接收server端返回的字符串*/
    	len=recvfrom(cli_sockfd,buffer,sizeof(buffer),0,(struct sockaddr*)&cli_addr,&addrlen);
    	//printf("receive from %s\n",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr));
    	printf("receive: %s",buffer);
    	close(cli_sockfd); 
    }
    

    最后,整篇文章只能用一句话形容,懒婆娘的裹脚布,又长又臭,不过本文的作用是让我们了解socket的一些原理以及底层基本的结构,其实iOS的socket实现是特别简单的,我一直都在用github的开源类库cocoaasyncsocket,地址是 CocoaAsyncSocket ,cocoaasyncsocket是支持tcp和udp的,具体操作方法就不介绍了。

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