“一切皆Socket！”

話雖些許夸張，可是事實也是，如今的網絡編程差點兒都是用的socket。

——有感于實際編程和開源項目研究。

我們深諳信息交流的價值，那網絡中進程之間怎樣通信，如我們每天打開瀏覽器瀏覽網頁時，瀏覽器的進程怎么與webserver通信的？當你用QQ聊天時，QQ進程怎么與server或你好友所在的QQ進程通信？這些都得靠socket？那什么是socket？socket的類型有哪些？還有socket的基本函數，這些都是本文想介紹的。本文的主要內容例如以下：

• 1、網絡中進程之間怎樣通信？
• 2、Socket是什么？
• 3、socket的基本操作
  • 3.1、socket()函數
  • 3.2、bind()函數
  • 3.3、listen()、connect()函數
  • 3.4、accept()函數
  • 3.5、read()、write()函數等
  • 3.6、close()函數
• 4、socket中TCP的三次握手建立連接具體解釋
• 5、socket中TCP的四次握手釋放連接具體解釋
• 6、一個樣例（實踐一下）
• 7、留下一個問題，歡迎大家回帖回答！！！

1、網絡中進程之間怎樣通信？

本地的進程間通信（IPC）有非常多種方式，但能夠總結為以下4類：

• 消息傳遞（管道、FIFO、消息隊列）
• 同步（相互排斥量、條件變量、讀寫鎖、文件和寫記錄鎖、信號量）
• 共享內存（匿名的和具名的）
• 遠程過程調用（Solaris門和Sun RPC）

但這些都不是本文的主題！我們要討論的是網絡中進程之間怎樣通信？首要解決的問題是怎樣唯一標識一個進程，否則通信無從談起！在本地能夠通過進程PID來唯一標識一個進程，可是在網絡中這是行不通的。事實上TCP/IP協議族已經幫我們攻克了這個問題，網絡層的“ip地址”能夠唯一標識網絡中的主機，而傳輸層的“協議+port”能夠唯一標識主機中的應用程序（進程）。這樣利用三元組（ip地址，協議，port）就能夠標識網絡的進程了，網絡中的進程通信就能夠利用這個標志與其他進程進行交互。

使用TCP/IP協議的應用程序通常採用應用編程接口：UNIX? BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已經被淘汰），來實現網絡進程之間的通信。就眼下而言，差點兒全部的應用程序都是採用socket，而如今又是網絡時代，網絡中進程通信是無處不在，這就是我為什么說“一切皆socket”。

2、什么是Socket？

上面我們已經知道網絡中的進程是通過socket來通信的，那什么是socket呢？socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學之中的一個就是“一切皆文件”，都能夠用“打開open –> 讀寫write/read –> 關閉close”模式來操作。我的理解就是Socket就是該模式的一個實現，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數就是對其進行的操作（讀/寫IO、打開、關閉），這些函數我們在后面進行介紹。

socket一詞的起源

在組網領域的首次使用是在1970年2月12日公布的文獻IETF RFC33中發現的，撰寫者為Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。依據美國計算機歷史博物館的記載，Croker寫道：“命名空間的元素都可稱為套接字接口。一個套接字接口構成一個連接的一端，而一個連接可全然由一對套接字接口規定。”計算機歷史博物館補充道：“這比BSD的套接字接口定義早了大約12年。”

3、socket的基本操作

既然socket是“open—write/read—close”模式的一種實現，那么socket就提供了這些操作相應的函數接口。以下以TCP為例，介紹幾個主要的socket接口函數。

3.1、socket()函數

int socket(int domain, int type, int protocol);

socket函數相應于普通文件的打開操作。普通文件的打開操作返回一個文件描寫敘述字，而socket()用于創建一個socket描寫敘述符（socket descriptor），它唯一標識一個socket。這個socket描寫敘述字跟文件描寫敘述字一樣，興許的操作都實用到它，把它作為參數，通過它來進行一些讀寫操作。

正如能夠給fopen的傳入不同參數值，以打開不同的文件。創建socket的時候，也能夠指定不同的參數創建不同的socket描寫敘述符，socket函數的三個參數分別為：

• domain：即協議域，又稱為協議族（family）。經常使用的協議族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。協議族決定了socket的地址類型，在通信中必須採用相應的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與port號（16位的）的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名作為地址。
• type：指定socket類型。經常使用的socket類型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的類型有哪些？）。
• protocol：故名思意，就是指定協議。經常使用的協議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分別相應TCP傳輸協議、UDP傳輸協議、STCP傳輸協議、TIPC傳輸協議（這個協議我將會單獨開篇討論！）。

注意：并非上面的type和protocol能夠任意組合的，如SOCK_STREAM不能夠跟IPPROTO_UDP組合。當protocol為0時，會自己主動選擇type類型相應的默認協議。

當我們調用socket創建一個socket時，返回的socket描寫敘述字它存在于協議族（address family，AF_XXX）空間中，但沒有一個詳細的地址。假設想要給它賦值一個地址，就必須調用bind()函數，否則就當調用connect()、listen()時系統會自己主動隨機分配一個port。

3.2、bind()函數

正如上面所說bind()函數把一個地址族中的特定地址賦給socket。比如相應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和port號組合賦給socket。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函數的三個參數分別為：

• sockfd：即socket描寫敘述字，它是通過socket()函數創建了，唯一標識一個socket。bind()函數就是將給這個描寫敘述字綁定一個名字。
• addr：一個const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協議地址。這個地址結構依據地址創建socket時的地址協議族的不同而不同，如ipv4相應的是：
  struct sockaddr_in {sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */in_port_t sin_port; /* port in network byte order */struct in_addr sin_addr; /* internet address */ };/* Internet address. */ struct in_addr {uint32_t s_addr; /* address in network byte order */ }; ipv6相應的是：
  struct sockaddr_in6 { sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */ in_port_t sin6_port; /* port number */ uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */ uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ };struct in6_addr { unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */ }; Unix域相應的是：
  #define UNIX_PATH_MAX 108struct sockaddr_un { sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */ char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */ };
• addrlen：相應的是地址的長度。

通常server在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址（如ip地址+port號），用于提供服務，客戶就能夠通過它來接連server；而client就不用指定，有系統自己主動分配一個port號和自身的ip地址組合。這就是為什么通常server端在listen之前會調用bind()，而client就不會調用，而是在connect()時由系統隨機生成一個。

網絡字節序與主機字節序

主機字節序就是我們尋常說的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字節序類型，這些字節序是指整數在內存中保存的順序，這個叫做主機序。引用標準的Big-Endian和Little-Endian的定義例如以下：

　　a) Little-Endian就是低位字節排放在內存的低地址端，高位字節排放在內存的高地址端。

　　b) Big-Endian就是高位字節排放在內存的低地址端，低位字節排放在內存的高地址端。

網絡字節序：4個字節的32 bit值以以下的次序傳輸：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。這樣的傳輸次序稱作大端字節序。因為TCP/IP首部中全部的二進制整數在網絡中傳輸時都要求以這樣的次序，因此它又稱作網絡字節序。字節序，顧名思義字節的順序，就是大于一個字節類型的數據在內存中的存放順序，一個字節的數據沒有順序的問題了。

所以：在將一個地址綁定到socket的時候，請先將主機字節序轉換成為網絡字節序，而不要假定主機字節序跟網絡字節序一樣使用的是Big-Endian。因為這個問題曾引發過血案！公司項目代碼中因為存在這個問題，導致了非常多莫名其妙的問題，所以請謹記對主機字節序不要做不論什么假定，務必將其轉化為網絡字節序再賦給socket。

3.3、listen()、connect()函數

假設作為一個server，在調用socket()、bind()之后就會調用listen()來監聽這個socket，假設client這時調用connect()發出連接請求，server端就會接收到這個請求。

int listen(int sockfd, int backlog); int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函數的第一個參數即為要監聽的socket描寫敘述字，第二個參數為對應socket能夠排隊的最大連接個數。socket()函數創建的socket默認是一個主動類型的，listen函數將socket變為被動類型的，等待客戶的連接請求。

connect函數的第一個參數即為client的socket描寫敘述字，第二參數為server的socket地址，第三個參數為socket地址的長度。client通過調用connect函數來建立與TCPserver的連接。

3.4、accept()函數

TCPserver端依次調用socket()、bind()、listen()之后，就會監聽指定的socket地址了。TCPclient依次調用socket()、connect()之后就想TCPserver發送了一個連接請求。TCPserver監聽到這個請求之后，就會調用accept()函數取接收請求，這樣連接就建立好了。之后就能夠開始網絡I/O操作了，即類同于普通文件的讀寫I/O操作。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accept函數的第一個參數為server的socket描寫敘述字，第二個參數為指向struct sockaddr *的指針，用于返回client的協議地址，第三個參數為協議地址的長度。假設accpet成功，那么其返回值是由內核自己主動生成的一個全新的描寫敘述字，代表與返回客戶的TCP連接。

注意：accept的第一個參數為server的socket描寫敘述字，是server開始調用socket()函數生成的，稱為監聽socket描寫敘述字；而accept函數返回的是已連接的socket描寫敘述字。一個server通常通常只只創建一個監聽socket描寫敘述字，它在該server的生命周期內一直存在。內核為每一個由server進程接受的客戶連接創建了一個已連接socket描寫敘述字，當server完畢了對某個客戶的服務，對應的已連接socket描寫敘述字就被關閉。

3.5、read()、write()等函數

萬事具備僅僅欠東風，至此server與客戶已經建立好連接了。能夠調用網絡I/O進行讀寫操作了，即實現了網咯中不同進程之間的通信！網絡I/O操作有以下幾組：

• read()/write()
• recv()/send()
• readv()/writev()
• recvmsg()/sendmsg()
• recvfrom()/sendto()

我推薦使用recvmsg()/sendmsg()函數，這兩個函數是最通用的I/O函數，實際上能夠把上面的其他函數都替換成這兩個函數。它們的聲明例如以下：

#include <unistd.h>ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

read函數是負責從fd中讀取內容.當讀成功時，read返回實際所讀的字節數，假設返回的值是0表示已經讀到文件的結束了，小于0表示出現了錯誤。假設錯誤為EINTR說明讀是由中斷引起的，假設是ECONNREST表示網絡連接出了問題。

write函數將buf中的nbytes字節內容寫入文件描寫敘述符fd.成功時返回寫的字節數。失敗時返回-1，并設置errno變量。 在網絡程序中，當我們向套接字文件描寫敘述符寫時有倆種可能。1)write的返回值大于0，表示寫了部分或者是所有的數據。2)返回的值小于0，此時出現了錯誤。我們要依據錯誤類型來處理。假設錯誤為EINTR表示在寫的時候出現了中斷錯誤。假設為EPIPE表示網絡連接出現了問題(對方已經關閉了連接)。

其他的我就不一一介紹這幾對I/O函數了，詳細參見man文檔或者baidu、Google，以下的樣例中將使用到send/recv。

3.6、close()函數

在server與client建立連接之后，會進行一些讀寫操作，完畢了讀寫操作就要關閉對應的socket描寫敘述字，好比操作完打開的文件要調用fclose關閉打開的文件。

#include <unistd.h> int close(int fd);

close一個TCP socket的缺省行為時把該socket標記為以關閉，然后馬上返回到調用進程。該描寫敘述字不能再由調用進程使用，也就是說不能再作為read或write的第一個參數。

注意：close操作僅僅是使對應socket描寫敘述字的引用計數-1，僅僅有當引用計數為0的時候，才會觸發TCPclient向server發送終止連接請求。

4、socket中TCP的三次握手建立連接具體解釋

我們知道tcp建立連接要進行“三次握手”，即交換三個分組。大致流程例如以下：

• client向server發送一個SYN J
• server向client響應一個SYN K，并對SYN J進行確認ACK J+1
• client再想server發一個確認ACK K+1

僅僅有就完了三次握手，可是這個三次握手發生在socket的那幾個函數中呢？請看下圖：

圖1、socket中發送的TCP三次握手

從圖中能夠看出，當client調用connect時，觸發了連接請求，向server發送了SYN J包，這時connect進入堵塞狀態；server監聽到連接請求，即收到SYN J包，調用accept函數接收請求向client發送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入堵塞狀態；client收到server的SYN K ，ACK J+1之后，這時connect返回，并對SYN K進行確認；server收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完成，連接建立。

總結：client的connect在三次握手的第二個次返回，而server端的accept在三次握手的第三次返回。

5、socket中TCP的四次握手釋放連接具體解釋

上面介紹了socket中TCP的三次握手建立過程，及其涉及的socket函數。如今我們介紹socket中的四次握手釋放連接的過程，請看下圖：

圖2、socket中發送的TCP四次握手

圖示步驟例如以下：

• 某個應用進程首先調用close主動關閉連接，這時TCP發送一個FIN M；
• 還有一端接收到FIN M之后，運行被動關閉，對這個FIN進行確認。它的接收也作為文件結束符傳遞給應用進程，由于FIN的接收意味著應用進程在對應的連接上再也接收不到額外數據；
• 一段時間之后，接收到文件結束符的應用進程調用close關閉它的socket。這導致它的TCP也發送一個FIN N；
• 接收到這個FIN的源發送端TCP對它進行確認。

這樣每一個方向上都有一個FIN和ACK。

6、一個樣例（實踐一下）

說了這么多了，動手實踐一下。以下編寫一個簡單的server、client（使用TCP）——server端一直監聽本機的6666號port，假設收到連接請求，將接收請求并接收client發來的消息；client與server端建立連接并發送一條消息。

server端代碼：

server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>

#define MAXLINE 4096

int main(int argc, char** argv)
{
int listenfd, connfd;
struct sockaddr_in servaddr;
char buff[4096];
int n;

if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){
printf("create socket error: %s(errno: %d)/n",strerror(errno),errno);
exit(0);
}

memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port = htons(6666);

if( bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){
printf("bind socket error: %s(errno: %d)/n",strerror(errno),errno);
exit(0);
}

if( listen(listenfd, 10) == -1){
printf("listen socket error: %s(errno: %d)/n",strerror(errno),errno);
exit(0);
}

printf("======waiting for client's request======/n");
while(1){
if( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){
printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno);
continue;
}
n = recv(connfd, buff, MAXLINE, 0);
buff[n] = '/0';
printf("recv msg from client: %s/n", buff);
close(connfd);
}

close(listenfd);
}

client代碼：

client #include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<errno.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>

#define MAXLINE 4096

int main(int argc, char** argv)
{
int sockfd, n;
char recvline[4096], sendline[4096];
struct sockaddr_in servaddr;

if( argc != 2){
printf("usage: ./client <ipaddress>/n");
exit(0);
}

if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
printf("create socket error: %s(errno: %d)/n", strerror(errno),errno);
exit(0);
}

memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(6666);
if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){
printf("inet_pton error for %s/n",argv[1]);
exit(0);
}

if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){
printf("connect error: %s(errno: %d)/n",strerror(errno),errno);
exit(0);
}

printf("send msg to server: /n");
fgets(sendline, 4096, stdin);
if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)
{
printf("send msg error: %s(errno: %d)/n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}

close(sockfd);
exit(0);
}

當然上面的代碼非常easy，也有非常多缺點，這就僅僅是簡單的演示socket的基本函數使用。事實上無論有多復雜的網絡程序，都使用的這些基本函數。上面的server使用的是迭代模式的，即僅僅有處理完一個client請求才會去處理下一個client的請求，這種server處理能力是非常弱的，現實中的server都須要有并發處理能力！為了須要并發處理，server須要fork()一個新的進程或者線程去處理請求等。

7、動動手

留下一個問題，歡迎大家回帖回答！！！是否熟悉Linux下網絡編程？如熟悉，編寫例如以下程序完畢例如以下功能：

server端：

接收地址192.168.100.2的client信息，如信息為“Client Query”，則打印“Receive Query”

client：

向地址192.168.100.168的server端順序發送信息“Client Query test”，“Cleint Query”，“Client Query Quit”，然后退出。

題目中出現的ip地址能夠依據實際情況定。

——本文僅僅是介紹了簡單的socket編程。

更為復雜的須要自己繼續深入。

轉載于:https://www.cnblogs.com/zfyouxi/p/4078726.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的socket通信简单介绍的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。