一：套接字編程相關(guān)知識點

Socket概念：套接字是一種通信機制，憑借這種機制，客戶/服務器系統(tǒng)的開發(fā)工作既可以在本地單機進行，也可以跨網(wǎng)絡進行。

網(wǎng)絡中的進程是通過socket來通信的。socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲學之一就是“一切皆文件”，都可以用“打開open –> 讀寫write/read –> 關(guān)閉close”模式來操作。我的理解就是Socket就是該模式的一個實現(xiàn)，socket即是一種特殊的文件，一些socket函數(shù)就是對其進行的操作（讀/寫IO、打開、關(guān)閉）。

Socket基本操作：

Socket編程的基本函數(shù)有:

socket(),bind(),accept(),send(),sendto(),recv()以及recvfrom()等，其中根據(jù)客戶端還是服務器端，或者根據(jù)使用TCP還是UDP，這些函數(shù)的調(diào)用流程都有所區(qū)別，下面對每個函數(shù)進行說明。

Socket()函數(shù)：

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

socket函數(shù)對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述字，而socket()用于創(chuàng)建一個socket描述符（socket descriptor），它唯一標識一個socket。這個socket描述字跟文件描述字一樣，后續(xù)的操作都有用到它，把它作為參數(shù)，通過它來進行一些讀寫操作。

參數(shù)的意思：

domain：即協(xié)議域，又稱為協(xié)議族（family）。常用的協(xié)議族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或稱AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。協(xié)議族決定了socket的地址類型，在通信中必須采用對應的地址，如AF_INET決定了要用ipv4地址（32位的）與端口號（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。常用的socket類型有：

SOCK_STREAM：流式套接字，提供可靠的、面向連接的通信流；它使用TCP，從而保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院晚樞蛐浴?/p>

SOCK_DGRAM：數(shù)據(jù)報套接字，定義了一種無可靠、面向無連接的服務，數(shù)據(jù)通過相互獨立的報文進行傳輸，是無序的，并且不保證可靠，無差錯的。它使用UDP。

SOCK_RAW：原始套接字，允許對底層協(xié)議，如IP或ICMP進行直接訪問，功能比較強大，但是使用較為不便，主要用于一些協(xié)議的開發(fā)。

protocol：故名思意，就是指定協(xié)議。常用的協(xié)議有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它們分別對應TCP傳輸協(xié)議、UDP傳輸協(xié)議、STCP傳輸協(xié)議、TIPC傳輸協(xié)議。

當我們調(diào)用socket創(chuàng)建一個socket時，返回的socket描述字它存在于協(xié)議族（address family，AF_XXX）空間中，但沒有一個具體的地址。如果想要給它賦值一個地址，就必須調(diào)用bind()函數(shù)，否則就當調(diào)用connect()、listen()時系統(tǒng)會自動隨機分配一個端口。

Bind()函數(shù)：

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

正如上面所說bind()函數(shù)把一個地址族中的特定地址賦給socket。例如對應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和端口號組合賦給socket。

函數(shù)參數(shù)：

sockfd：即socket描述字，它是通過socket()函數(shù)創(chuàng)建了，唯一標識一個socket。bind()函數(shù)就是將給這個描述字綁定一個名字。

addr：是一個const struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協(xié)議地址。這個地址結(jié)構(gòu)根據(jù)地址創(chuàng)建socket時的地址協(xié)議族的不同而不同，如ipv4對應的如下所示：

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對應的是：

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 {

unsignedchar s6_addr[16]; /* IPv6 address */

};

addrlen：對應的是地址的長度。

通常服務器在啟動的時候都會綁定一個眾所周知的地址（如ip地址+端口號），用于提供服務，客戶就可以通過它來接連服務器；而客戶端就不用指定，有系統(tǒng)自動分配一個端口號和自身的ip地址組合。這就是為什么通常服務器端在listen之前會調(diào)用bind()，而客戶端就不會調(diào)用，而是在connect()時由系統(tǒng)隨機生成一個。

listen()、connect()函數(shù)

如果作為一個服務器，在調(diào)用socket()、bind()之后就會調(diào)用listen()來監(jiān)聽這個socket，如果客戶端這時調(diào)用connect()發(fā)出連接請求，服務器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(shù)的第一個參數(shù)即為要監(jiān)聽的socket描述字，第二個參數(shù)為相應socket可以排隊的最大連接個數(shù)。socket()函數(shù)創(chuàng)建的socket默認是一個主動類型的，listen函數(shù)將socket變?yōu)楸粍宇愋偷?#xff0c;等待客戶的連接請求。

connect函數(shù)的第一個參數(shù)即為客戶端的socket描述字，第二參數(shù)為服務器的socket地址，第三個參數(shù)為socket地址的長度。客戶端通過調(diào)用connect函數(shù)來建立與TCP服務器的連接。

accept()函數(shù)

TCP服務器端依次調(diào)用socket()、bind()、listen()之后，就會監(jiān)聽指定的socket地址了。TCP客戶端依次調(diào)用socket()、connect()之后就向TCP服務器發(fā)送了一個連接請求。TCP服務器監(jiān)聽到這個請求之后，就會調(diào)用accept()函數(shù)接收請求，這樣連接就建立好了。之后就可以開始網(wǎng)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(shù)的第一個參數(shù)為服務器的socket描述字，第二個參數(shù)為指向struct sockaddr *的指針，用于返回客戶端的協(xié)議地址，第三個參數(shù)為協(xié)議地址的長度。如果accpet成功，那么其返回值是由內(nèi)核自動生成的一個全新的描述字，代表與返回客戶的TCP連接。

注意：accept的第一個參數(shù)為服務器的socket描述字，是服務器開始調(diào)用socket()函數(shù)生成的，稱為監(jiān)聽socket描述字；而accept函數(shù)返回的是已連接的socket描述字。一個服務器通常僅僅只創(chuàng)建一個監(jiān)聽socket描述字，它在該服務器的生命周期內(nèi)一直存在。內(nèi)核為每個由服務器進程接受的客戶連接創(chuàng)建了一個已連接socket描述字，當服務器完成了對某個客戶的服務，相應的已連接socket描述字就被關(guān)閉。

read()、write()等函數(shù)

至此服務器與客戶已經(jīng)建立好連接了。可以調(diào)用網(wǎng)絡I/O進行讀寫操作了，即實現(xiàn)了網(wǎng)咯中不同進程之間的通信！網(wǎng)絡I/O操作有下面幾組：

• read()/write()

• recv()/send()

• readv()/writev()

• recvmsg()/sendmsg()

• recvfrom()/sendto()

推薦使用recvmsg()/sendmsg()函數(shù)，這兩個函數(shù)是最通用的I/O函數(shù)，實際上可以把上面的其它函數(shù)都替換成這兩個函數(shù)。它們的聲明如下：

#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(shù)是負責從fd中讀取內(nèi)容.當讀成功時，read返回實際所讀的字節(jié)數(shù)，如果返回的值是0表示已經(jīng)讀到文件的結(jié)束了，小于0表示出現(xiàn)了錯誤。如果錯誤為EINTR說明讀是由中斷引起的，如果是ECONNREST表示網(wǎng)絡連接出了問題。

write函數(shù)將buf中的nbytes字節(jié)內(nèi)容寫入文件描述符fd.成功時返回寫的字節(jié)數(shù)。失敗時返回-1，并設置errno變量。在網(wǎng)絡程序中，當我們向套接字文件描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全部的數(shù)據(jù)。2)返回的值小于0，此時出現(xiàn)了錯誤。我們要根據(jù)錯誤類型來處理。如果錯誤為EINTR表示在寫的時候出現(xiàn)了中斷錯誤。如果為EPIPE表示網(wǎng)絡連接出現(xiàn)了問題(對方已經(jīng)關(guān)閉了連接)。

Close()函數(shù)

在服務器與客戶端建立連接之后，會進行一些讀寫操作，完成了讀寫操作就要關(guān)閉相應的socket描述字，好比操作完打開的文件要調(diào)用fclose關(guān)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(guān)閉，然后立即返回到調(diào)用進程。該描述字不能再由調(diào)用進程使用，也就是說不能再作為read或write的第一個參數(shù)。

注意：close操作只是使相應socket描述字的引用計數(shù)-1，只有當引用計數(shù)為0的時候，才會觸發(fā)TCP客戶端向服務器發(fā)送終止連接請求。

socket中TCP的三次握手建立連接詳解

大致流程如下：

• 客戶端向服務器發(fā)送一個SYN J。

• 服務器向客戶端響應一個SYN K，并對SYN J進行確認ACK J+1。

• 客戶端再想服務器發(fā)一個確認ACK K+1。

三次握手與socket編程之中的函數(shù)對應關(guān)系如下圖所示：

從圖中可以看出，當客戶端調(diào)用connect時，觸發(fā)了連接請求，向服務器發(fā)送了SYN J包，這時connect進入阻塞狀態(tài)；服務器監(jiān)聽到連接請求，即收到SYN J包，調(diào)用accept函數(shù)接收請求向客戶端發(fā)送SYN K ，ACK J+1，這時accept進入阻塞狀態(tài)；客戶端收到服務器的SYN K ，ACK J+1之后，這時connect返回，并對SYN K進行確認；服務器收到ACK K+1時，accept返回，至此三次握手完畢，連接建立。

（3）網(wǎng)絡字節(jié)序和主機字節(jié)序

主機字節(jié)序就是我們平常說的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字節(jié)序類型，這些字節(jié)序是指整數(shù)在內(nèi)存中保存的順序，這個叫做主機序。引用標準的Big-Endian和Little-Endian的定義如下：

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

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

網(wǎng)絡字節(jié)序：4個字節(jié)的32 bit值以下面的次序傳輸：首先是0～7bit，其次8～15bit，然后16～23bit，最后是24~31bit。這種傳輸次序稱作大端字節(jié)序。由于TCP/IP首部中所有的二進制整數(shù)在網(wǎng)絡中傳輸時都要求以這種次序，因此它又稱作網(wǎng)絡字節(jié)序。字節(jié)序，顧名思義字節(jié)的順序，就是大于一個字節(jié)類型的數(shù)據(jù)在內(nèi)存中的存放順序，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)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(jié)序轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡字節(jié)序，而不要假定主機字節(jié)序跟網(wǎng)絡字節(jié)序一樣使用的是Big-Endian。所以對主機字節(jié)序，務必將其轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡字節(jié)序后再賦給socket。

簡單實例：

客戶端client.c

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>

#include<errno.h>

#include<string.h>

#include<unistd.h>

#include<netinet/in.h>

#include<arpa/inet.h>

#define PORT 4321

#define BUFFER_SIZE 1024

int main()

{

int sockfd,sendbytes;

char buf[BUFFER_SIZE];

struct sockaddr_in serv_addr;

/*創(chuàng)建socket*/

if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) == -1)

{

perror("socket");

exit(1);

}

/*設置sockaddr_in結(jié)構(gòu)體中相關(guān)參數(shù)*/

serv_addr.sin_family = AF_INET;

serv_addr.sin_port = htons(PORT);

serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);

/*調(diào)用connect函數(shù)主動發(fā)起對服務器端的連接*/

if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1)

{

perror("send");

exit(1);

}

fgets(buf,BUFFER_SIZE,stdin);

}

服務器端：

server.c

?

?

#include<sys/types.h>

?

#include<sys/socket.h>

?

#include<stdio.h>

?

#include<stdlib.h>

?

#include<errno.h>

?

#include<string.h>

?

#include<unistd.h>

?

#include<netinet/in.h>

?

#define PORT 4321

?

#define BUFFER_SIZE 1024

?

#define MAX_QUE_CONN_NM 5

?

int main()

?

{

?

struct sockaddr_in server_sockaddr,client_sockaddr;

?

int sin_size,recvbytes;

?

int sockfd,client_fd;

?

char buf[BUFFER_SIZE];

?

?

/*建立socket連接*/

?

if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)

?

{

?

perror("socket");

?

exit(1);

?

}

?

printf("Socket id = %d \n",sockfd);

?

?

/*設置sockaddr_in 結(jié)構(gòu)體中相關(guān)參數(shù)*/

server_sockaddr.sin_family =AF_INET;//IPv4

server_sockaddr.sin_port =htons(PORT);//主機字節(jié)序轉(zhuǎn)為網(wǎng)絡字節(jié)序

server_sockaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //任意地址

bzero(&(server_sockaddr.sin_zero),8);

int i=1;//允許重復使用本地地址與套接字進行綁定

setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&i,sizeof(i));

?

/*綁定操作*/

if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&server_sockaddr,sizeof(struct sockaddr))==-1)

{

perror("bind");

exit(1);

}

printf("Bind success!\n");

?

/*調(diào)用listen函數(shù)創(chuàng)建未處理請求的隊列*/

if(listen(sockfd,MAX_QUE_CONN_NM)==-1)

{

perror("listen");

exit(1);

}

printf("Listening...\n");

?

/*調(diào)用accept函數(shù)，等待客戶端的連接*/

sin_size = sizeof(client_sockaddr);

if((client_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&client_sockaddr,&sin_size))==-1)

{

perror("accept");

exit(1);

}

?

/*調(diào)用recv函數(shù)接收客戶端的請求*/

memset(buf,0,sizeof(buf));

if((recvbytes = recv(client_fd,buf,BUFFER_SIZE,0)) == -1)

{

perror("recv");

exit(1);

}

?

printf("Server receives a message:%s \n",buf);

?

close(sockfd);

exit(0);

}

?

?

?

?

?

?

?

?

?

轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/justcxtoworld/archive/2013/03/19/2969272.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Socket编程之简单介绍的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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