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Socket开发资料

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Socket 编程

参考

UNP 第一卷

chinaunix 论坛

一、基本知识

主机字节序和网络字节序

主机字节序即内存中存储字节的方法有：

1． Little endian：将低序字节存储在起始地址

2． Big endian：将高序字节存储在起始地址

网络字序表示网络协议在处理多字节时的顺序，一律为 big endian

主机字节序和网络字节序转换的函数：

#include <netinet/in.h>

uint16_t htons(uint16_t <16 位的主机字节序>)

uint32_t htonsl(uint32_t <32 位的主机字节序>) //转换为网络字节序

uint16_t ntohs(uint16_t <16 位的网络字节序>)

uint32_t ntohl(uint32_t <32 位的网络字节序>) //转换为主机字节序

缓冲区

每个 TCP SOCKET 有一个发送缓冲区和一个接收缓冲区，TCP 具有流量控制，所以接收

缓冲区的大小就是通知另一端的窗口的大小，对方不会发大于该窗口大小的数据；而 UDP

SOCKET 只有一个接收缓冲区无流量控制，当接收的数据报溢出时就会被丢弃

通信域（地址族）

套接字存在于特定的通信域(即地址族)中，只有隶属于同一地址族的套接字才能建立对

话。Linux 支持 AF_INET(IPv4 协议)、AF_INET6(IPv6 协议)和 AF_LOCAL(Unix 域协议)。

套接口(socket)＝网络地址+端口号。,要建立一个套接口必须调用 socket 函数,套接口

有三种类型，即字节流套接口(SOCK_STREAM),数据报套接口(SOCK_DGRAM)和原始套接口

(SOCK_RAW)。定义一个连接的一个端点的两元组，即 IP 地址和端口号，称为一个套接口。

在网络连接中，两个端点所组成的四元组（即本地 IP、本地 PORT、远程 IP 和远程 PORT）

称为 socket pair，该四元组唯一的标识了一个网络连接。该情况可通过 netstat 验

证。

二、 socket 地址结构

1． IPv4 的 Socket 地址结构（定长）

Struct in_addr{

In_addr_t s_addr; // 32 位 IP 地址，网络字节序

}

Struct sockaddr_in{

Uint8_t sin_len；//IPv4 为固定的 16 字节长度

Sa_family_t sin_family; //地址簇类型，为 AF_INET

In_port_t sin_port; //16 位端口号，网络字节序

Struct in_addr sin_addr; // 32 位 IP 地址

Char sin_zero[8]; //未用

}

2． IPv6 的 socket 地址结构（定长）

struct in6_addr{

uint8_t s6_addr[16]; //128 位 IP 地址，网络字节序

}

struct sockaddr_in6{

uint8_t sin6_len; //IPv6 为固定的 24 字节长度

sa_family_t sin6_family; //地址簇类型，为 AF_INET6

in_port_t sin6_port; //16 位端口号，网络字节序

uint32_t sin6_flowinfo; //32 位流标签

struct in6_addr sin6_addr; //128 位 IP 地址

}

3． UNIX 域 socket 地址结构（变长）

Struct sockaddr_un，地址簇类型为 AF_LOCAL

4．数据链路 socket 地址结构（变长）

struct sockaddr_dl，地址簇类型为 AF_LINK

5．通用的 socket 地址结构

struct sockaddr{

uint8_t sa_len;

sa_family_t sa_family;

char sa_data[14];

}

三、 C/S 网络编程

初始化 sock 连接符：

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

函数返回 socket 描述符，返回-1 表示出错

domain 参数只能取 AF_INET, protocol 参数一般取 0

应用示例：

TCP 方式：sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

UDP 方式：sockfd =socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);

绑定端口：

int bind(int sockfd, struct sockaddr *sa, int addrlen);

函数返回-1 表示出错，最常见的错误是该端口已经被其他程序绑定。

需要注意的一点：在 Linux 系统中，1024 以下的端口只有拥有 root 权限的程序才能绑定。

连接网络（用于 TCP 方式）：

int connect(int sockfd, struct sockaddr *servaddr, int addrlen);

函数返回-1 表示出错，可能是连接超时或无法访问。返回 0 表示连接成功，可以通过 sockfd 传

输数据了。

监听端口（用于 TCP 方式）：

int listen(int sockfd, int queue_length);

需要在此前调用 bind()函数将 sockfd 绑定到一个端口上，否则由系统指定一个随机的端口。

接收队列：一个新的 Client 的连接请求先被放在接收队列中，直到 Server 程序调用 accept 函

数接受连接请求。

第二个参数 queue_length，指的就是接收队列的长度也就是在 Server 程序调用 accept 函数之

前最大允许的连接请求数，多余的连接请求将被拒绝。

响应连接请求（用于 TCP 方式）：

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

accept()函数将响应连接请求，建立连接并产生一个新的 socket 描述符来描述该连接，该连接

用来与特定的 Client 交换信息。

函数返回新的连接的 socket 描述符，错误返回-1

addr 将在函数调用后被填入连接对方的地址信息，如对方的 IP、端口等。

addrlen 作为参数表示 addr 内存区的大小，在函数返回后将被填入返回的 addr 结构的大小。

accept 缺省是阻塞函数，阻塞直到有连接请求

应用示例：

struct sockaddr_in their_addr; /* 用于存储连接对方的地址信息*/

int sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);

… …（依次调用 socket(), bind(), listen()等函数）

new_fd = accept(sockfd, &their_addr, &sin_size);

printf(”对方地址: %s\n", inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

… …

关闭 socket 连接：

int close(int sockfd);

关闭连接将中断对该 socket 的读写操作。

关闭用于 listen()的 socket 描述符将禁止其他 Client 的连接请求。

部分关闭 socket 连接：

int shutdown(int sockfd, int how);

Shutdown()函数可以单方面的中断连接，即禁止某个方向的信息传递。

参数 how：

0 - 禁止接收信息

1 - 禁止发送信息

2 - 接收和发送都被禁止，与 close()函数效果相同

socket 轮询选择：

int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct

timeval *timeout);

应用于多路同步 I/O 模式（将在同步工作模式中详细讲解）

FD_ZERO(*set) 清空 socket 集合

FD_SET(s, *set) 将 s 加入 socket 集合

FD_CLR(s, *set) 从 socket 集合去掉 s

FD_ISSET(s, *set) 判断 s 是否在 socket 集合中

常数 FD_SETSIZE：集合元素的最多个数

等待选择机制：

int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout);

是 select 机制的一个变种，应用于多路同步 I/O 模式（将在同步工作模式中详细讲解）

ufds 是 pollfd 结构的数组，数组元素个数为 nfds。

struct pollfd {

int fd; /* 文件描述字 */

short events; /* 请求事件集合 */

short revents; /* 返回时间集合 */

};

接收/发送消息：

TCP 方式：

int send(int s, const void *buf, int len, int flags);

int recv(int s, void *buf, int len, int flags);

函数返回实际发送/接收的字节数，返回-1 表示出错，需要关闭此连接。

函数缺省是阻塞函数，直到发送/接收完毕或出错

注意：如果 send 函数返回值与参数 len 不相等，则剩余的未发送信息需要再次发送

UDP 方式：

int sendto(int s, const void *buf, int len, int flags, const struct sockaddr *to, int

tolen);

int recvfrom(int s,void *buf, int len, int flags, struct sockaddr *from, int *fromlen);

与 TCP 方式的区别：

需要指定发送/接收数据的对方（第五个参数 to/from）

函数返回实际发送/接收的字节数，返回-1 表示出错。

函数缺省是阻塞函数，直到发送/接收完毕或出错

注意：如果 send 函数返回值与参数 len 不相等，则剩余的未发送信息需要再次发送

注意，网络字节流的读写不同于文件的读写，由于 socket 缓冲的因素，可能读写的字

节数小于所指定的字节数。所以可以使用如下函数：

ssize_t readn(int fd, void * buf,size_t n)

{

ssize_t nleft;

ssize_t nread;

char *ptr;

ptr = buf;

nleft = n;

while (nleft > 0)

{

if ((nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0){

if (errno == EINTR)

nread = 0;

else

return (-1);

}

else if (nread == 0) //EOF

break;

nleft -= nread;

ptr += nread;

}

return (n - nleft);

}

ssize_t written(int fd,const void *buf,size_t n)

{

ssize_t nleft;

ssize_t nwrite;

const char *ptr;

ptr = buf;

nleft = n;

while (nleft > 0) {

if (nwrite = write(fd, ptr, left) <= 0) {

if (errno == EINTR) {

nwrite = 0;

else

return (-1);

}

nleft -= nwrite;

ptr += nwrite;

}

return (n);

}

基于消息的方式：

int sendmsg(int s, const struct msghdr *msg, int flags);

int recvmsg(int s, struct msghdr *msg, int flags);

标志位：

上面这六个发送/接收函数均有一个参数 flags，用来指明数据发送/接收的标志，常用的标

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