network program

socket(套接字)是系统之间通信链路的一个逻辑端口。您的应用程序发送并通过套接字接收其所有网络数据。有几种不同的套接字应用程序编程接口 (API)。第一个是 Berkeley socket，于 1983 年随 4.3BSD Unix 一起发布。伯克利套接字 API获得了广泛的成功并迅速发展成为事实上的标准。从那里开始，就是几乎没有修改就被采纳为 POSIX 标准。

Berkeley socket、BSD socket、Unix socket和可移植操作系统接口 (POSIX) socket通常可以互换使用。如果您使用的是 Linux 或 macOS，那么您的操作系统提供了正确的伯克利socket的实现。

Windows 的套接字 API 称为 Winsock。它的创建是为了在很大程度上兼容伯克利插座。在本书中，我们努力创建对两者都有效的跨平台代码 Berkeley 套接字和 Winsock。

socket用于进程间通信（IPC）以及各种网络协议。

sockets

套接字有两种基本类型：面向连接的和无连接的。当然，通过网络进行通信的两个系统在某种意义上是相连的。目前使用的两种协议是传输控制协议 (TCP) 和用户协议数据报协议（UDP）。 TCP是面向连接的协议，UDP是面向连接的协议无连接协议。

Transmission Control Protocol(TCP)

如果您需要可靠的通信，您可能会想制定一个计划，在该计划中对发送的每个数据包进行编号。对于发送的第一个数据包，将其编号为一个，第二个发送的数据包编号为二，依此类推。您还可以要求接收者发送每个数据包的确认。当接收方收到第一个数据包时，它会发送一个返回消息，收到的数据包一。这样，接收方就可以确定收到的数据包顺序正确。如果同一个数据包到达两次，接收方可以忽略该数据包冗余副本。如果根本没有收到数据包，发送者可以从丢失的数据包中得知确认并可以重新发送。该方案本质上是面向连接的协议（例如 TCP）所做的事情。传输控制协议保证数据按照发送的顺序到达。它可以防止重复数据到达两次，并重试发送丢失的数据。它还提供附加功能，例如作为连接终止时的通知和缓解网络压力的算法拥塞。此外，TCP 以无与伦比的效率实现这些功能。可以通过在 UDP 之上搭载自定义可靠性方案来实现。由于这些原因，许多协议都使用 TCP。 HTTP（用于断开网页）、FTP（用于传输文件）、SSH（用于远程管理）和 SMTP（用于发送电子邮件）均使用 TCP。

UserDatagram Protocol (UDP)

在无连接协议（例如 UDP）中，每个数据包都是单独寻址的。从协议的角度来看，每个数据包都是完全独立、互不相关的到它之前或之后的任何数据包。 UDP 的一个很好的类比是明信片。当您寄明信片时，不能保证它会到达。也无法知道它是否确实到达。如果您寄了很多明信片一旦出现，就无法预测它们将以什么顺序到达。完全有可能您发送的第一张明信片会延迟，并在最后一张明信片发送几周后才送达。对于 UDP，这些相同的警告也适用。 UDP 不保证数据包一定会到达。 UDP 通常不提供了解数据包是否未到达的方法，但 UDP 提供不保证数据包将按照发送的顺序到达。如你看到的， UDP 并不比明信片更可靠。事实上，你可能会认为它不太可靠，因为使用 UDP，单个数据包可能会到达两次！

socket functions

以下是 socket 相关的函数.

socket() 创建和初始化一个套接字。
bind() 将套接字与特定的本地 IP 地址和端口号相关联。
listen() 在服务器上使用来使 TCP 套接字侦听新的连接。一般在服务端程序使用。
connect() 用于客户端设置远程地址和端口。如果是TCP，它也建立连接。一般在客户端程序使用。
accept()在服务器上用于为传入的 TCP 创建新套接字连接。
send() and recv() 用于通过tcp socket发送和接收数据。
sendto() and recvfrom()用于从没有绑定的远程地址udp socket发送和接收数据。.
close() (Berkeley sockets) and closesocket() (Winsock sockets) 用于关闭一个套接字。对于 TCP，这也会终止连接。
shutdown() 用于关闭 TCP 连接的一侧。它有助于确保有序的连接拆除。
select() 用于等待一个或多个套接字上的事件。
getnameinfo() and getaddrinfo() 提供独立于协议的方式使用主机名和地址。
setsockopt()用于设置一些套接字选项。
fcntl() (Berkeley sockets) and ioctlsocket() (Winsock sockets) 也被使用获取和设置一些套接字选项

raw_sockets

tcp server client demo

tcp通信过程如图所示:

这是一个在linux和windows下都可以使用 gcc 编译 tcp 服务端和客户端示例. 主要演示建立连接，客户端和服务端通信，关闭连接的过程.

编译服务端并运行:

# 编译服务端
gcc  -o server.exe  simple_server.c  -lWs2_32  # windows
gcc  -o server.exe  simple_server.c            # linux
# 运行服务端
$ ./server.exe

编译客户端并运行:

# 编译客户端
gcc  -o client.exe  simple_client.c  -lWs2_32  # windows
gcc  -o client.exe  simple_client.c            # linux
# 运行客户端
$ ./client.exe

simple_server.c 源码

此代码可以在理解后补充注释.

// 这是一个在linux和windows下都可以使用 gcc 编译运行的系统.

#include <sys/types.h>
#if defined (__WIN32__)
	#include <winsock2.h>
#elif
	#include <sys/socket.h>
	#include <netinet/in.h>
	#include <arpa/inet.h>
#endif
#include <stdio.h>

void init(void)
{
	// 判断是否是windows 系统
	#if defined (__WIN32__)
		WSADATA wsadata;
		int iResult = WSAStartup( MAKEWORD( 2, 2 ), &wsadata );
		if (iResult != 0) {
			printf("WSAStartup failed with error: %d\n", iResult);
		}
	#elif
	#endif
}
void wsaclean(void)
{
	#if defined (__WIN32__)
		WSACleanup();
	#elif
	#endif
}
int main( void )
{
	struct sockaddr_in local;
	int s;
	int s1;
	int rc;
	char buf[ 1 ];

	init();
	local.sin_family = AF_INET;
	local.sin_port = htons( 7500 );
	local.sin_addr.s_addr = htonl( INADDR_ANY );
	s = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
	if ( s < 0 )
	{
		perror( "socket call failed" );
		exit( 1 );
	}
	rc = bind( s, ( struct sockaddr * )&local, sizeof( local ) );
	if ( rc < 0 )
	{
		perror( "bind call failure" );
		exit( 1 );
	}
	rc = listen( s, 5 );
	if ( rc )
	{
		perror( "listen call failed" );
		exit( 1 );
	}
	s1 = accept( s, NULL, NULL );
	if ( s1 < 0 )
	{
		perror( "accept call failed" );
		exit( 1 );
	}
	rc = recv( s1, buf, 1, 0 );
	if ( rc <= 0 )
	{
		perror( "recv call failed" );
		exit( 1 );
	}
	printf( "%c\n", buf[ 0 ] );
	rc = send( s1, "2", 1, 0 );
	if ( rc <= 0 )
		perror( "send call failed" );
	wsaclean();
	exit( 0 );
}

simple_client.c 源码

#include <sys/types.h>
#if defined (__WIN32__)
	#include <winsock2.h>
#elif
	#include <sys/socket.h>
	#include <netinet/in.h>
	#include <arpa/inet.h>
#endif

// https://stackoverflow.com/questions/61988674/implement-netinet-in-h-in-windows-visual-studioc
#include <stdio.h>

void init(void)
{
	#if defined (__WIN32__)
		WSADATA wsadata;
		int iResult = WSAStartup( MAKEWORD( 2, 2 ), &wsadata );
		if (iResult != 0) {
			printf("WSAStartup failed with error: %d\n", iResult);
		}
	#elif
	#endif
}
void wsaclean(void)
{
	#if defined (__WIN32__)
		WSACleanup();
	#elif
	#endif
}

int main( void )
{
	struct sockaddr_in peer;
	int s;
	int rc;
	char buf[ 1 ];

	init();
	peer.sin_family = AF_INET;
	peer.sin_port = htons( 7500 );
	peer.sin_addr.s_addr = inet_addr( "127.0.0.1" );

	s = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 );
	if ( s < 0 )
	{
		perror( "socket call failed" );
		exit( 1 );
	}
/*@.bp*/
	rc = connect( s, ( struct sockaddr * )&peer, sizeof( peer ) );
	if ( rc )
	{
		perror( "connect call failed" );
		exit( 1 );
	}
	rc = send( s, "1", 1, 0 );
	if ( rc <= 0 )
	{
		perror( "send call failed" );
		exit( 1 );
	}
	rc = recv( s, buf, 1, 0 );
	if ( rc <= 0 )
		perror( "recv call failed" );
	else
		printf( "%c\n", buf[ 0 ] );
	
	wsaclean();
	exit( 0 );
}

资料

TCP Operational Overview and the TCP Finite State Machine (FSM)
tcpipguide

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