iOS-----使用CFNetwork實現TCP協議的通信

使用CFNetwork實現TCP協議的通信   

TCP/IP通信協議是一種可靠的網絡協議,它在通信的兩端各建立一個通信接口,從而在通信的兩端之間形成網絡虛擬鏈路.一旦建立了虛擬的網絡鏈路,兩端的程序就可以通過虛擬鏈路進行通信.CFNetwork對基於TCP協議的網絡通信提供了良好的封裝,CFNetwork使用CFSocket來代表兩端的通信接口,還可以通過CFStream讀/寫數據.

IP地址與端口號

IP地址用於唯一地標識網絡中的一個通信實體,這個通信實體既可以是一台主機,也可以是一台打印機,或者是路由器的某一個端口.在基於IP協議的網絡中傳輸的數據包,都必須使用IP地址來進行標識.

   IP地址是數字型的,是一個32位(32Bit)整數,通常把它分成4個8位的二進制數,每8為之間用圓點隔開,每個8位整數可以轉換成一個0-255的十進制整數,因此看到的IP地址常常是這樣的形式:198.162.8.10.

   NIC(Internet Network Information Center)統一負責全球Internet IP地址的規划、管理，而Inter NIC、APNIC、RIPE三大網絡信息中心具體負責美國及其他地區的IP地址分配。其中APNIC負責亞太地區的IP管理，我國申請IP地址也要通過APNIC，APNIC的總部設在日本東京大學。

  IP地址被分成了A、B、C、D、E五類，每個類別的網絡標識和主機標識各有規則。

1. A類：10.0.0.0~10.255.255.255
2. B類：172.16.0.0~172.31.255.255
3. C類：192.168.0.0~192.168.255.255

IP地址用於唯一地標識網絡上的一個通信實體,但一個通信實體可以有多個通信程序同時提供網絡服務,此時還需要使用端口.

端口是一個16位的整數,用於標識數據交給那個通信程序處理.因此,端口就是應用程序與外界交流的出入口,它是一種抽象的軟件結構,包括一些數據結構和I/O(基本輸入/輸出)緩沖區.

不同的應用程序處理不同端口上的數據,同一台機器上不能有兩個程序使用同一個端口,端口號可以從0到65535,通常將它分為3類.

1. 公認端口(Well Know Ports):從0到1023,它們緊密綁定(Binding)一些特定的服務.
2. 注冊端口(Registered Ports):從1024到49151，它們松散地綁定一些服務。應用程序通常使用這個范圍內的端口。
3. 動態和/或私有端口（Dynamic and/or Private Ports）：從49152到65535，這些端口是應用程序使用的動態端口，應用程序一般不會主動使用這些端口。      

TCP協議基礎

IP協議是 Internet 上使用的一個關鍵協議,它是全稱是 Internet Protocol, 即Internet協議,通常簡稱 IP 協議.通過使用 IP協議,使 Internet 成為一個允許連接不同類型的計算機和不同操作系統的網絡.

要使兩台計算機之間彼此進行通信,必須使兩台計算機使用同一種”語言”,IP 協議只保證計算機能發送和接收分組數據. IP協議負責將消息從一個主機傳送到另一個主機,消息在傳送的過程中被分割成一個個小包.

安裝 IP 協議之后,可保證計算機之間發送和接收數據,但 IP協議還不能解決數據分組在傳輸過程中可能出現的問題.因此,若要解決可能出現的問題,連接上 Internet 的計算機還需要安裝 TCP 協議來提供可靠並且無差錯的通信服務.

TCP協議被稱作一種端對端協議.這是因為它為兩台計算機之間的連接起到了重要作用-----當一台計算機需要與另一台遠程計算機連接時, TCP 協議會讓它們建立一個連接:用於發送和接收數據的虛擬鏈路.

TCP 協議負責收集這些信息包,並將其按適當的次序放好傳送,在接收端收到后再將其正確地還原. TCP協議保證了數據包在傳送中准備無誤. TCP 協議使用重發機制:當一個通信實體發送一個消息給另一個通信實體后,需要收到另一個通信實體的確認信息,如果沒有收到另一個通信實體的確認信息,則會再次重發剛才發送的信息.

通過這種重發機制, TCP協議向應用程序提供可靠的通信連接,使它能夠自動適應網上的各種變化.即使在 Internet 暫時出現堵塞的情況下, TCP也能夠保證通信的可靠性.

使用 CFSocket 實現 TCP服務器端

使用CFSocket建立服務器的步驟如下.

1

創建一個監聽Socket Accept(Socket連接)的CFSocket,並為kCFSocketAcceptCallBack事件綁定回調函數.

2

調用CFSocketSetAddress()函數,將服務器端的CFSocket綁定到本地IP地址和端口

3

將CFSocket作為source添加到指定線程的CFRunLoop上,並運行該線程的CFRunLoop,從而保證該CFSocket能持續不斷地接受來自客戶端的連接.

代碼片段

#import <sys/socket.h>

#import <arpa/inet.h>

#import<Foundation/Foundation.h>

// 讀取數據的回調函數

void readStream（CFReadStreamRef  iStream, CFStreamEventType eventType, void *clientCallBackInfo）

{

  UInt 8 buff[2048];

  CFIndex hasRead = CFReadStreamRead(iStream, buff, 2048);

  if(hasRead > 0)

  {

// 強制只處理hasRead前面的數據

buff[hasRead]=’\0’;

printf(“接收到數據: %s\n”, buff);

}

}

// 有客戶端連接進來的回調函數

void TCPServerAcceptCallBack(CFSocketRef  socket, CFSocketCallBackType type, CFDataRef  address, const void *data, void *info )

{

  // 如果有客戶端Socket連接進來

  if(kCFSocketAcceptCallBack == type)

  {

// 獲取本地Socket的Handle

CFSocketNativeHandle  nativeSocketHandle = *(CFSocketNativeHandle*)data;

uint8_t name[SOCk_MAXADDRLEN];

socklen_t  nameLen = sizeof(name);

// 獲取對方Socket信息，還有getsocketname()函數則用於獲取本程序所在Socket信息

if(getpeername(nativeSocketHandle, (struct sockaddr *)name, &nameLen) != 0)

{

  NSLog(@”error”);

  exit(1);

}

// 獲取連接信息

struct sockeaddr_in * addr_in = (struct socketaddr_in*) name;

NSLog(@”%s: %d 連接進來了”,  inet_ntoa(addr_in->sin_addr)

,  addr_in->sin_port);

CFReadStreamRef  iStream;

CFWriteStreamRef  oStream;

// 創建一組可讀/寫的CFStream

CFStreamCreatePairWithSocket(kCFAllocatorDefault , nativeSocketHandle, &iStream, &oStream);

if(iStream && oStream)

{

   // 打開輸入流和輸入流

   CFReadStreamOpen(iStream);

   CFWriteStreamOpen(oStream);

   CFStreamClientContext streamContext = {0, NULL, NULL, NULL};

   if(!CFReadStreamSetClient(iStream, kCFStreamEventHasBytesAvailable,

readStream/*回調函數,當有可讀的數據時調用*/, &streamContext))

{

exit(1);

}

CFReadStreamScheduleWithRunLoop(iStream,  CFRunLoopGetCurrent(),

kC FRunLoopCommonModes);

const char* str = “您好,您收到Mac服務器的新年祝福!\n”;

// 向客戶端輸出數據

CFWriteStreamWrite(oStream, (UInt8 *)str, strlen(str) + 1);

}

}

}

int main(int argc, char * argv[])

{

  @autoreleasepool{

   // 創建Socket，指定TCPServerAcceptCallBack

   // 作為kCFSocketAcceptCallBack事件的監聽函數

   CFSocketRef _socket = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault

, PF_INEF // 指定協議族，如果該參數為0或者負數，則默認為PF_INEF

// 指定Socket類型，如果協議族為PF_INEF,且該參數為0或負數

  // 則它會默認為SOCK_STREAM，如果要使用UDP協議，則該參數指定為SOCK_DGRAM

, SOCK_STREAM

 // 指定通信協議。如果前一個參數為SOCK_STREAM,則默認使用TCP協議

 // 如果前一個參數為SOCK_DGRAM，則默認使用UDP協議

,IPPROTO_TCP

// 該參數指定下一個回調函數所監聽的事件類型

  ,kCFSocketAcceptCallBack

  ,TCPServerAcceptCallBack // 回調函數

  ,NULL);

 if(_socket == NULL)

 {

   NSLog(@”創建Socket失敗!”);

   return 0;

}

int optval = 1;

// 設置允許重用本地地址和端口

setsockopt(CFSocketGetNative(_socket), SOL_SOCKET,  SO_REUSEADDR,

(void *)&optval, sizeof(optval));

// 定義sockaddr_in類型的變量，該變量將作為CFSocket的地址

struct sockaddr_in addr4;

memset(&addr4, 0 , sizeof(addr4));

addr4.sin_len = sizeof(addr4);

addr4.sin_family = AF_INEF;

//  設置該服務器監聽本機任意可用的IP地址

// addr4.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY);

// 設置服務器監聽地址

addr4.sin_addr.s_addr = inet_addr(“192.168.1.100”);

// 設置服務器監聽端口

addr4.sin_port = htons(30000);

// 將IPv4的地址轉換成CFDataRef

CFDataRef address = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault

 , (UInt8 *)&addr4, sizeof(addr4));

//  將CFSocket綁定到指定IP地址

if(CFSocketSetAddress(_socket, address) != kCFSocketSuccess)

{

   NSLog(@”地址綁定失敗!”);

   // 如果_socket不為NULL,則釋放_socket

  if(_socket)

  {

    CFRelease(_socket);

    exit(1);

}

_socket = NULL;

}

  NSLog(@”---啟動循環監聽客戶端連接-----”);

  // 獲取當前線程的CFRunLoop

CFRunLoopRef  cfRunLoop = CFRunLoopGetCurrent();

// 將_socket包裝成CFRunLoopSource

CFRunLoopSourceRef source = CFSocketCreateRunLoopSource(

kCFAllocatorDefault , _socket, 0);

// 為CFRunLoop對象添加source

CFRunLoopAddSource(cfRunLoop,  source,  kCFRunLoopCommonModes);

CFRelease(source);

//  運行當前線程的CFRunLoop

CFRunLoopRun();

}

  return 0;

}

 

說明

   上面程序中的main()函數作為程序的入口,程序從該函數開始執行.main()函數的第1段紅色字代碼創建了一個CFSocket對象,並指定了該CFSocket使用TCP協議,基於流經行輸入/輸出.

sockaddr_in類型的結構體變量,該結構體變量將會作為CFSocket綁定的監聽地址,因此程序為socketaddr_in類型的結構體變量指定了IP地址和端口,然后程序中的紅色字代碼調用了CFSocketSetAddress()函數將指定CFSocket綁定到指定的IP地址和端口.

main()函數的最后一段紅色體代碼將該CFSocket作為source添加到主線程的CFRunLoop上,並運行主線程的CFRunLoop,從而保證該CFSocket能持續不斷地接受來自客戶端的連接.

 

  該程序的另一個重點是TCPServerAcceptCallBack回調函數---當CFSocket接受來自客戶端的連接后,該函數將會被調用.該函數主要做了如下4件事情.

1	調用getpeername()函數獲取遠程Socket的相關信息,從而在控制台打印出來連接進來的客戶端IP地址和端口.
2	調用CFStreamCreatePairWithSocket()函數通過CFSocket獲取CFReadStreamRef、CFWriterStreamRef，接下來程序即可通過這兩個流進行讀/寫網絡數據。
3	再次使用主線程的CFRunLoop監聽來自客戶端的數據。
4	向客戶端寫入一段字符串。

 

使用CFSocket實現TCP客戶端

創建TCP客戶端同樣通過CFSocket完成。使用CFSocket創建Socket客戶端的步驟如下。

1	創建一個不監聽任何事件或監聽Connection的CFSocket。如果要監聽Connection，則需要為kCFSocketConnectCallBack事件綁定回調函數.
2	調用CFSocketConnectToAddress()函數,將客戶端的CFSocket連接到指定IP地址和端口的服務器上.
3	得到客戶端CFSocket之后,既可直接使用CFSocket對應的CFSocketNativeHandle進行讀/寫,也可通過CFSocket獲取CFReadStreamRef、CFWriteStreamRef后進行讀/寫。
代碼片段	ViewController.m #import <sys/socket.h> #import <netinet/in.h> #import <arpa/inet.h> #import <ViewController.h> @implementation ViewController CFSocketRef _socket; BOOL isOnline; - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // 創建Socket,無須回調函數 _socket = CFSocketCreate(kCFAllocatorDefault, PF_INEF // 指定協議族,如果該參數為0或者負數,則默認為PF_INET // 指定Socket類型,如果協議族為PF_INEF,且該參數為0或負數 // 則它會默認為SOCK_STREAM,如果要使用UDP協議,則該參數指定為SOCK_DGRAM , SOCK_STREAM // 指定通信協議.如果前一個參數為SOCK_STREAM,則默認使用TCP協議 // 如果前一個參數SOCK_DGRAM,則默認使用UDP協議 , IPPROTO_TCP // 該參數指定下一個回調函數所監聽的事件類型 , kCFSocketNoCallBack , nil , NULL); if(_socket != nil) { // 定義sockaddr_in類型的變量,該變量將作為CFSocket的地址 struct sockaddr_in addr4; memset(&addr4, 0, sizeof(addr4)); addr4.sin_len = sizeof(addr4); addr4.sin_family = AF_INET; // 設置連接遠程服務器的地址 addr4.sin_addr.s_addr = inet_addr(“192.168.1.88”); // 設置連接遠程服務器的監聽端口 addr4.sin_port = htons(30000); // 將IPv4的地址轉換為CFDataRef CFDateRef addres = CFDataCreate(kCFAllocatorDefault , (UInt8 *)&addr4, sizeof(addr4)); // 連接遠程服務器的Socket,並返回連接結果 CFSocketError result = CFSocketConnectionToAddress(_socket , address // 指定遠程服務器的IP地址和端口 , 5 // 指定連接超時時長, 如果該參數為負數, 則把連接操作放在后台進行 // 當_socket消息類型為kCFSocketConnectCallBack時 // 將會在連接成功或失敗的時候在后台觸發回調函數 ); // 如果連接遠程服務器成功 if(result == kCFSocketSuccess) { isOnline = YES; // 啟動新線程來讀取服務器響應的數據 [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(readStream) toTarget:self withObject:nil]; } } } // 讀取接收的數據 - (void)readStream { char buffer[2048]; int hasRead; // 與本機關聯的Socket如果已經失效,則返回-1:INVALID_SOCKET while ((hasRead = recv(CFSocketGetNative(_socket) , buffer, sizeof(buffer), 0))) { NSLog(@”%@”,[[NSString alloc] initWithBytes:buffer length:hasRead encoding:NSUTF8StringEncoding]); } } - (IBAction)clicked:(id)sender { if(isOnline) { NSString* stringTosend = @”來自iOS客戶端的問候”; const char* data = [stringTosend UTF8String]; send(CFSocketGetNative(_socket), data, strlen(data) +1, 1); } else { NSLog(@”暫未連接服務器”); } } @end
說明	上面程序中的第1段紅色字代碼創建了一個CFSocket, 該CFSocket同樣適用了TCP協議,並且是基於SOCK_STREAM流的Socket,然后程序創建了一個struct  sockaddr_in 結構體變量,該結構體變量代表遠程服務器的地址.    上面程序中的第2段紅色字代碼調用了CFSocketConnectToAddress()函數將CFSocket連接到遠程服務器地址---如果連城成功,就可得到一個進行網絡讀/寫的CFSocket.剩下的事情是程序以readStream作為新線程的執行體,啟動了一個新線程,其中readStream方法中的紅色字代碼調用了recv()函數從指定CFSocket讀取數據.而clicked:方法則用於向服務器發送數據,該方法中的紅色字代碼調用了send()函數向CFSocket發送數據.

使用CocoaAsyncSocket實現TCP客戶端

   CocoaAsyncSocket封裝了CFNetwork底層的CFSocket和CFStream,並提供了異步操作,從而可簡化Socket網絡編程.CocoaAsyncSocket不僅支持TCP協議的網絡編程,也支持UDP協議的網絡編程.CocoaAsyncSocket是CFSocket的絕佳替代者.

CocoaAsyncSocket主要有以下特性
1	非阻塞方式的讀和寫,而且可設置超時時長.
2	自動的Socket接收。如果調用它接受連接，它將為每個連接啟動新的實例，當然也可以立即關閉這些連接。
3	委托（delegate）支持。錯誤、連接、接收、完整的讀取、完整的寫入、進度以及斷開連接，都可通過委托模式調用。
4	所有操作都封裝在一個類中，無須操作Socket或流，該類封裝了所有操作。
下載和安裝CocoaAsyncSocket的步驟如下
1.CocoaAsyncSocket的官方網站是https://github.com/robbiehanson/CocoaAsyncSocket,登錄該站點,單擊頁面中間的release鏈接.
2.瀏覽器將會打開一個新的列表頁面,該列表頁面中列出了CocoaAsyncSocket的所有發布版本,建議下載最新版的CocoaAsyncSocket.
3.下載完成將可以得到一個CocoaAsyncSocket.zip文件,解壓該壓縮包,將可以看到如下文件結構.         RunLoop:該目錄下包含了AsyncSocket\AsyncUDPSocket兩個類的源文件和Xcode目錄.其中AsyncSocket就是基於TCP協議的CocoaAsyncSocket實現，AsyncUDPSocket就是基於UDP協議的AsyncUDPSocket實現。而Xcode目錄下則包含了使用CocoaAsyncSocket開發服務器端與客戶端的示例項目。         GCD：該目錄下的內容與RunLoop目錄下的內容基本相似，只是類名變成了GCDAsyncSocket、GCDAsyncUDPSocket，這是因為該目錄下的CocoaAsyncSocket是基於GCD的實現。         Vendor：其他相關類。         其他雜項文件。         需要為項目增加CFNetwork.framework框架。
添加CocoaAsyncSocket支持之后，使用AsyncSocket開發TCP客戶端的步驟如下
創建一個AsyncSocket對象，創建該對象時需要指定該AsyncSocket的delegate，該delegate必須實現AsyncSocketDelegate協議，該delegate對象負責處理AsyncSocket在網絡通信過程中的各種事件。 調用AsyncSocket對象的connectToHost：onPort：error：方法控制AsyncSocket對象連接指定IP地址、指定端口的服務器程序，該方法的最后一個參數用於接收連接錯誤。 為AsyncSocket的delegate對象（實現AsyncSocketDelegate協議的對象）實現特定的方法，該delegate負責處理AsyncSocket在網絡通信過程中的各種事件。 如果需要發送數據，則調用AsyncSocket的writeData：withTimeout：tag：方法；如果需要讀取數據，則調用AsyncSocket的readDataWithTimeout：tag：方法。當數據發送完成或數據讀取完成時，都會激發AsyncSocket的delegate對象的特定方法。
代 碼 片 段
ViewController.h #import <UIKit/UIKit.h> #import “AsyncSocket.h” @interface ViewController : UIViewController<AsyncSocketDelegate> @property (strong, nonatomic) IBOutlet UITextView *showView; @property (strong, nonatomic) IBOutlet UITextFiled *inputField； - (IBAction)finishEdit:(id)sender; - (IBAction)send:(id)sender; @end ViewController.m @implementation ViewController NSString* myName; AsyncSocket* socket; BOOL iSOnline; - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; // 創建一個UIAlertView提醒用戶輸入名字 UIAlertView* alert = [[UIAlertView alloc] initWithTitle:@”名字” message:@”請輸入您的名字” delegate:self cancelButtonTitle:@”確定” otherButtonTitles: nil ]; // 設置該UIAlertView為UIAlertViewStylePlainTextInput風格 alert.alertViewStyle = UIAlertViewStylePlainTextInput; [alert show]; } - (IBAction)finishEdit:(id)sender { [sender resignFirstResponder]; } - (IBAction)send:(id)sender { if(isOnline) { // 定義要發送的字符串內容 NSString* stringTosend = [NSString stringWithFormat:@”%@說: %@”, myName, self.inputField.text]; self.inputField.text = nil; NSData *data = [stringTosend dataUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding]; // 調用writeData:withTimeout：tag：方法發送數據 [socket writeData:data withTimeout: - 1 tag:0]; } else { NSLog(@”暫未連接服務器”); } } // AsyncSocketDelegate中定義的方法,當成功連接到服務器時激發該方法 - (void)onSocket:(AsyncSocket *)sock didConnectToHost:(NSString *)host port:(UInt16)port { isOnline = YES; // 調用readDataWithTimeout: tag: 方法讀取數據 [sock readDataWithTimeout:-1 tag:0]; } // AsyncSocketDelegate中定義的方法，當讀取數據完成時激發該方法 - (void)onSocket:(AsyncSocket *)sock didReadData:(NSData *)data withTag:(long)tag { // 獲取讀到的內容 NSData* strData = [data subDataWithRange:NSMakeRange(0, [data length])]; NSString* content = [[NSString alloc] initWithData:strData encoding:NSUTF8StringEncoding]; if(content) { // 使用showView控件顯示從網絡讀取的內容 self.showView.text = [NSString stringWithFormat:@”%@\n%@”, content , self.showView.text]; } // 再次調用readDataWithTimeout:tag:方法讀取數據 [sock readDataWithTimeout:-1 tag:0]; } - (void)alertView:(UIAlertView *)alertView clickedButtonAtIndex:(NSInteger)buttonIndex { // 獲取UIAlertView控件上 文本框內的字符串，並將字符串賦值給myName變量 myName = [alertView textFieldAtIndex:0].text; socket = [[AsyncSocket alloc] initWithDelegate:self]; NSError* error = nil; int port = 30000; NSString* host = @”192.168.1.88”; // 調用connectToHost:onPort:error:方法連接指定IP地址、指定端口的服務器 [socket connectToHost:host onPort:port withTimeout:2 error:&error]; if(error) { NSLog(@”連接出現錯誤：%@”, error); } } @end
上面程序中的第1行紅色字代碼創建了一個AsyncSocket,並指定該視圖控制器本身作為它的delegate對象,這意味着該視圖控制器本身需要實現AsyncSocketDelegate協議,並實現該協議中特定的方法.程序中的第2行紅色字代碼調用了AsyncSocket的connectToHost:onPort:error: 方法來連接指定IP地址、指定端口的服務器程序。    處理AsyncSocket網絡連接及網絡通信過程中的事件，該視圖控制器（作為AsyncSocket的delegate）實現了onSocket：didConnectToHost：port：方法------當AsyncSocket成功連接指定服務器時激發該方法，該方法中的程序調用了AsyncSocket的readDataWithTimeout: tag：方法讀取網絡數據。當AsyncSocket成功讀取網絡數據之后，系統會自動調用視圖控制器（作為AsyncSocket的delegate）的onSocket：didReadData：方法------這就實現了通過AsyncSocket讀取網絡數據。