套接字

beyes · 发表于 2009-7-9 23:42:26

一、套接字地址结构
在 linux/socket.h 中定义了一个通用的套接字地址：

struct sockaddr {
unsigned short sa_family; /* 地址类型, AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14字节的协议地址 */
};

成员 sa_family 表示套接字的协议族类型，对应于 TCP/IP 协议该值为 AF_INET;
成员 sa_data 存储具体的协议地址。
sa_data 之所以定义为 14 字节，因为有的协议族使用较长的地址格式。

注意，一般编程中，并不对这个结构进行操作，而是使用另一个与它等价的数据结构 sockaddr_in 。

每种协议族都有自己的协议地址格式， TCP/IP 协议族的地址格式为结构体 struct sockaddr_in , 它在 netinet/in.h 头文件中有定义：

struct sockaddr_in {
        unsigned short          sin_family;     /*地址类型*/
        unsigned short int      sin_port;       /*端口号*/
        struct in_addr          sin_addr;       /*IP地址*/
        unsigned char           sin_zero[8];    /*填充字节,一般赋值为0*/
};

成员 sin_family 表示地址类型，对于使用 TCP/IP 协议进行的网络编程，该值只能是 AF_INET。
成员 sin_port 是端口号。
成员 sin_addr 用来存储 32 位的 IP 地址。
数组 sin_zero 为填充字段，一般赋值为 0 。

struct in_addr 结构定义如下：

struct in_addr {
unsigned long s_addr;
};

结构体 sockaddr 的长度为 16 字节，结构体 sockaddr_in 的长度也是 16 字节。通常在编写基于 TCP/IP 协议的网络程序时，使用结构体 sockaddr_in 来设置地址，然后通过强制类型转换成 sockaddr 类型。

如下示例设置地址信息代码：

struct sockaddr_in sock;
sock.sin_family = AF_INET;
sock.sin_port = htons(80); /*设置端口号80*/
sock.sin_addr.s_addr = inet_addr("222.186.13.56"); /*设置地址*/
memset(sock.sin_zero, 0, sizeof(sock.sin_zero));

htons() 和 inet_addr() 都是转换函数。

memset() 函数的原型为：

memset (void *s, int c, size_t n);

它将 s 指向的内存区域的前 n 个字节赋值由参数 c 指定的值。

beyes · 发表于 2009-7-10 01:19:19

二、创建套接字
创建套接字的函数是 socket() ，其原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

参数说明：
( 1 )domain : < 指定创建套接字所使用的协议族，它们在头文件 linux/socket.h 中定义 >
AF_UNIX : 创建只在本机内进行通信的套接字。
AF_INET : 使用 IPv4 TCP/IP 协议。
AF_INET6 : 使用 IPv6 TCP/IP 协议。
AF_LOCAL : Unix 域协议
AF_ROUTE : 路由套接口
AF_KEY : 密钥套接口

( 2 ) type : < 指定套接字类型 >
SOCK_STREAM : 创建 TCP 流套接字。
SOCK_DGRAM : 创建 UDP 数据报套接字。
SOCK_RAW : 创建原始套接字。

( 3 ) protocol :
通常设置为 0 ，表示通过参数 domain 指定的协议族和参数 type 指定的套接字类型来确定使用的协议。当创建原始套接字时( 指定 type 为 SOCK_RAW )，系统无法唯一地确定协议，此时就需要使用该参数指定所使用的协议。

函数执行成功就返回一个新创建的套接字，有错误就返回 -1 。

创建套接字代码示例：

int sock_fd;
sock_fd = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock_fd < 0) {
perror("socket");
exit(1);
}

beyes · 发表于 2009-7-10 19:04:18

三、建立连接
connect() 函数用来在一个指定的套接字上创建一个连接，其函数原型如下：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);

sockfd 是一个由函数 socket 创建的套接字。如果该套接字的类型是 SOCK_STREAM，则 connect() 函数用于向服务器发送连接请求，服务器的 IP 地址和端口号由参数 serv_addr 指定。如果套接字的类型是 SOCK_DGRAM，则 connect() 函数并不建立真正的连接，它只是告诉内核与该套接字进行通信的目的地址(由第二个参数指定)，只有该目的地址发来的数据才会被 socket 接收。对于 SOCK_DGRAM 类型的套接字，调用 connect() 函数的好处是不必每次发送和接收数据时指定目的地址。

通常一个面向连接的套接字(如 TCP 套接字)只能调用一次 connect() 函数。而对于无连接的套接字(如 UDP 套接字)则可以多次调用 connect() 函数以改变与目的地址的绑定。将参数中的 serv_addr 中的 sa_family 设置为 AF_UNSPEC 可以取消绑定。

addrlen 参数是 serv_addr 的长度。

函数执行成功时返回0，出错时返回 -1，错误代码存入 errno 中。

该函数的常见用法如下：

struct sockaddr_in serv_addr;

memset(&serv_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

serv_addr.sin_family = AF_INET;

serv_addr.sin_port = htons(80);

if (inet_aton("222.186.13.56", &serv_addr.sin_addr) < 0) {

perror("inet_aton");

exit(1);

}

/*使用 sock_fd 套接字连接到由 serv_addr 指定的目的地址上，这里假定 sock_fd 已定义*/

if (connect(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {

perror("connect");

exit(1);

}

inet_aton()函数将一个字符串转换成一个网络地址，并把该网络地址赋给第二个参数

htons() 是字节顺序转换函数。

beyes · 发表于 2009-7-10 20:15:15

bind() 函数用来将一个套接字和某个端口绑定到一块，bind() 函数原型如下：

#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);

socket() 只是创建了一个套接字，这个套接字将工作在哪个端口上，程序并没有指定。 在客户机/服务器模型中，服务器端的 IP 地址和端口号一般是固定的，因此在服务器端的程序中，使用 bind()函数将一个套接字和某个端口绑定到一起，该函数一般只有服务器端的程序调用。 my_addr 指定了 sockfd 将绑定到的本地地址，可以将参数 my_addr 的 sin_addr 设置为 INADDR_ANY 而不是某个确定的 IP 地址，这样就可以绑定到任何网络接口。对于只有一个 IP 地址的计算机，INADDR_ANY 对应的就是它的 IP 地址；对于多宿主主机(拥有多张网卡)，INADDR_ANY 表示本服务器将处理来自所有网络接口上相应端口的连接请求。 函数执行成功返回 0，有错误返回 -1，错误代码存入 errno 中。 函数常见用法如下：

struct sockaddr_in serv_addr memset(&serv_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in)); serv_adr.sin_family = AF_INET serv_addr.sin_port = htons(80); serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); if (bind(sock_fd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr_in) < 0) { perror("bind"); exit(1); }

beyes · 发表于 2009-7-10 22:11:17

listen() 函数把套接字转化为被动监听，其函数原型为：

#include <sys/socket.h>

int listen(int s, int backlog);

由函数 socket() 创建的套接字是主动套接字，这种套接字可以用来主动请求连接到某个服务器( 通过函数 connect() )。但是作为服务器端的程序，通常在某个端口上监听来自客户端的连接请求。

在服务器端，一般是先调用函数 socket() 创建一个主动套接字，然后用函数 bind() 将该套接字绑定到某个端口上，接着再调用函数 listen() 将该套接字转化为监听套接字，等待来自客户端的连接请求。

一般多个客户端连接到一个服务器，服务器向这些客户端提供某种服务。服务器端设置一个连接队列，记录已经建立的连接，参数 backlog 指定了该队列的最大长度。如果连接队列已经到达最大，之后的连接请求将被服务器拒绝。

函数执行成功后返回 0，出错返回 -1，错误代码存入 errno 中。

注意：函数 listen() 只是将套接字设置为倾听模式以等待连接请求，它并不能接收连接请求，真正接收客户端连接请求的是 accept() 。

该函数常见用法：

#define LISTEN_NUM 12 //定义连接请求队列长度
...
if (listen(sock_fd, LISTEN_NUM) < 0 {
 perror("listen");
 exit(1);
}

beyes · 发表于 2009-7-10 23:28:25

accept() 用来接受一个连接请求，函数原型如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

参数 s 是由函数 socket() 创建，经函数 bind() 绑定到本地某一端口上，然后通过函数 listen() 转化而来的监听套接字。

addr :
用来保存发起连接请求的主机的地址和端口。

addrlen :
此参数是 addr 所指向的结构体的大小。

函数执行成功后返回一个新的代表客户端的套接字，出错则返回 -1，错误代码存入 errno 中。

只能对面向连接的套接字使用 accept() 函数。 accept() 执行成功时，将创建一个新的套接字，并且为这个新的套接字分配一个套接字描述符，并返回这个新的套接字描述符。这个新的套接字描述符与打开文件时返回的文件描述符类似，进程可以利用这个新的套接字描述符与客户端交换数据，参数 s 所指定的套接字继续等待客户端的连接请求。

如果参数 s 所指定的套接字被设置为阻塞方式 (Linux 下默认的方式)，且连接请求队列为空，则 accept() 将被阻塞直到有连接请求到达为止。
如果参数 s 所指定的套接字被设置为非阻塞方式 ( fcntl() 函数设置 )，则如果队列为空，accept() 将立即返回 -1，errno 被设置为 EAGAIN 。

套接字为阻塞方式下该函数的常见用法：

int client_fd;
int client_len;
struct sockaddr_in client_addr;
...
client_len = sizeof (struct sockaddr_in);
client_fd = accept (sock_fd, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
if (conn_fd < 0) {
 perror("accept");
 exit(1);
}

服务器与客户端：

beyes · 发表于 2009-7-11 00:13:22

1、发送数据

send() 函数用来在 TCP 上发送数据，其原型为：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

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

send() 只能对处于连接状态的套接字使用。
s 参数为已建立好连接的套接字描述符，即 accept() 函数的返回值。
msg 参数指向存放待发送数据的缓冲区。
len 参数为待发送数据的长度。

参数 flags 为控制选项，一般设置为 0 或取以下值：

带外数据

MSG_DONTROUTE : 通过最直接的路径发送数据，而忽略下层协议的路由设置。

如果要发送的数据太长而不能发送时，将出现错误，errno 设置为 EMSGSIZE;
如果要发送的数据长度大于该套接字的缓冲区剩余空间大小时，send() 一般会被阻塞，如果该套接字被设置为非阻塞方式，则此时立即返回 -1 并将 errno 设为 EAGAIN 。

函数执行成功返回实际发送数据的字节数，出错返回 -1。

注意，执行成功只是说明发送的数据写入套接字的缓冲区中，并不表示数据已经成功地通过网络发送到目的地。

套接字为阻塞的方式下，函数的常见用法：

#define   BUFFERSIZE    1500
char   send_buf[BUFFERSIZE];
...
if (conn_fd, send_buf, len, 0) {         // len 为待发送数据的长度
     perror("send");
     exit(1);
}

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