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Linux下Socket编程是怎样的(linux下tcp的socket编程)

  一 、socket介绍

socket接口是TCP/IP网络的API,socket接口定义了许多函数或例程,程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程,必须理解socket接口。

socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。
  如果了解Unix系统的输入和输出的话,就很容易了解socket了。网络的socket数据传输是一种特殊的I/O,socket也是一种文件描述符。socket也具有一个类似于打开文件的函数调用socket(),该函数返回一个整型的socket描述符,随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该socket实现的。
  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。
  

二、Socket创建

socket函数原型为:

include

include

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

功能:调用成功,返回socket文件描述符;失败,返回-1,并设置errno

参数说明:

domain指明所使用的协议族,通常为PF_INET,表示互联网协议族(TCP/IP协议 族;

type参数指定socket的类型:

SOCK_STREAM

提供有序、可靠、双向及基于连接的字节流

SOCK_DGRAM 支持数据报

SOCK_SEQPACKET 提供有序、可靠、双向及基于连接的数据报通信

SOCK_RAW 提供对原始网络协议的访问

SOCK_RDM 提供可靠的数据报层,但是不保证有序性

protocol通常赋值\”0\”。
  

socket描述符是一个指向内部数据结构的指针,它指向描述符表入口。调用socket函数时,socket执行体将建立一个socket,实际上\”建立一个socket\”意味着为一个socket数据结构分配存储空间。socket执行体为你管理描述符表。
  

两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息:通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。socket数据结构中包含这五种信息。

三、Socket邦定

Bind函数原型为:

include

include

int bind(int sock_fd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);

功能说明:将套接字和指定的端口相连。
  成功返回0,否则,返回-1,并置errno。

参数说明:sock_fd是调用socket函数返回的socket描述符,

my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类 型的指针;

addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。
  

struct sockaddr结构类型是用来保存socket信息的:

struct sockaddr {

unsigned short sa_family; /* 地址族, AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */

};

sa_family一般为AF_INET,代表Internet(TCP/IP)地址族;

sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。
  

另外还有一种结构类型:

struct sockaddr_in {

short int sin_family; /* 地址族 */

unsigned short int sin_port; /* 端口号 */

struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */

unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持与struct sockaddr同样大小 */

};

这个结构更方便使用。
  sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr同样的长度,可以用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换,这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时,你可以在函数调用的时候将一个指向 sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针;或者相反。
  

使用bind函数时,可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号:

my_addr。sin_port = 0; /* 系统随机选择一个未被使用的端口号 */

my_addr。sin_addr。s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本机IP地址 */

通过将my_addr。
  sin_port置为0,函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样,通过将my_addr。sin_addr。s_addr置为INADDR_ANY,系统会自动填入本机IP地址。

注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序。
  

计算机数据存储有两种字节优先顺序:高位字节优先和低位字节优先(大端和小端)。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输,所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器,在Internet上传输数据时就需要进行转换,否则就会出现数据不一致。
  

下面是几个字节顺序转换函数:

·htonl():把32位值从主机字节序转换成网络字节序

·htons():把16位值从主机字节序转换成网络字节序

·ntohl():把32位值从网络字节序转换成主机字节序

·ntohs():把16位值从网络字节序转换成主机字节序

Bind()函数在成功被调用时返回0;出现错误时返回\”-1\”并将errno置为相应的错误号。
  

需要注意的是,在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值,因为1到1024是保留端口号,你可以选择大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。

四、连接

面向连接的客户程序使用connect函数来配置socket并与远端服务器建立一个TCP连接,其函数原型为:

include

include

int connect(int sock_fd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);

功能说明:客户端发送服务请求。
  成功返回0,否则返回-1,并置errno。

参数说明:sock_fd 是socket函数返回的socket描述符;serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针;addrlen是远端地质结构的长度。

进行客户端程序设计无须调用bind(),因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址,而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心, socket执行体为你的程序 自动选择一个未被占用的端口,并 通知你的程序数据什么时候到端口。
  

connect函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程序使用socket时才需要将此socket与远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接,它只是被动的在协议端口监听客户的请求。

五、监听

Listen函数使socket处于被动的监听模式,并为该socket建立一个输入数据队列,将到达的服务请求保存在此队列中,直到程序处理它们。
  

include

int listen(int sock_fd, int backlog);

功能说明:等待指定的端口的出现客户端连接。调用成功返回0,否则,返回-1,并置errno。

参数说明:sock_fd 是socket系统调用返回的socket 描述符;

backlog指定在请求队列中允许的最大请求数,进入的连接请求将在队列中等待accept()它们(参考下文)。
  

Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制,大多数系统缺省值为20。如果一个服务请求到来时,输入队列已满,该socket将拒绝连接请求,客户将收到一个出错信息。

六、接受

accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后,服务器就调用accept函数,然后睡眠并等待客户的连接请求。
  

include

include

int accept(int sock_fd, void *addr, int *addrlen);

功能说明:用于接受客户端的服务请求,成功返回新的套接字描述符,失败返回-1,并置errno。

参数说明:sock_fd是被监听的socket描述符,addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针,该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息(某台主机从某个端口发出该请求);addrten通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。
  出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。

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