linux 的套接字

套接字是一种通信机制，凭借这种机制，客户/服务器系统的开发工作既可以在本地单机上进行，也可以跨网络进行。

套接字的特性有三个属性确定，它们是：域（domain），类型（type），和协议（protocol）。套接字还用地址作为它的名字。地址的格式随域（又被称为协议族，protocol family）的不同而不同。每个协议族又可以使用一个或多个地址族定义地址格式。

1.套接字的域

域指定套接字通信中使用的网络介质。最常见的套接字域是AF_INET，它是指Internet网络，许多Linux局域网使用的都是该网络，当然，因特网自身用的也是它。其底层的协议——网际协议（IP）只有一个地址族，它使用一种特定的方式来指定网络中的计算机，即IP地址。

在计算机系统内部，端口通过分配一个唯一的16位的整数来表示，在系统外部，则需要通过IP地址和端口号的组合来确定。

2.套接字类型

流套接字（在某些方面类似域标准的输入/输出流）提供的是一个有序，可靠，双向字节流的连接。

流套接字由类型SOCK_STREAM指定，它们是在AF_INET域中通过TCP/IP连接实现的。他们也是AF_UNIX域中常见的套接字类型。

数据包套接字

与流套接字相反，由类型SOCK_DGRAM指定的数据包套接字不建立和维持一个连接。它对可以发送的数据包的长度有限制。数据报作为一个单独的网络消息被传输，它可能会丢失，复制或乱序到达。

数据报套接字实在AF_INET域中通过UDP/IP连接实现，它提供的是一种无需的不可靠服务。

3.套接字协议

只要底层的传输机制允许不止一个协议来提供要求的套接字类型，我们就可以为套接字选择一个特定的协议。

创建套接字

socket系统调用创建一个套接字并返回一个描述符，该描述符可以用来访问该套接字。

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

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

创建的套接字是一条通信线路的一个端点。domain参数指定协议族，type参数指定这个套接字的通信类型，protocol参数指定使用的协议。

domain参数可以指定的协议族如下

域 说明

AF_UNIX  UNIX域协议（文件系统套接字）

AF_INET  ARPA因特网协议（UNIX网络套接字）

AF_ISO  ISO标准协议

AF_NS  施乐（XEROX）网络系统协议

AF_IPX  NOVELL IPX协议

AF_APPLETALKAppletalk DDS

最常见的套接字域是AF_UNIX和AF_INET，前者用于通过Unix和Linux文件系统实现的本地套接字，后者用于Unix网络套接字。AF_INET套接字可以用于通过包括因特网在内的TCP/IP网络进行通信的程序。微软Windows系统的winsock接口也提供了对这个套接字域的访问功能。

socket函数的参数type指定用于新套接字的通信特性。它的取值包括SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM。

SOCK_STREAM是一个有序、可靠、面向连接的双字节流。通过TCP连接来实现。

SOCK_DGRAM是数据包服务，我们可以用它来发送最大长度固定的消息。但消息是否会被正确传递或消息是否不会乱序到达没有保证。

套接字地址结构

结构struct sockaddr_un 定义了一种通用的套接字地址，它的类型是：

struct sockaddr_un

{

sa_family_t sun_family;       /*AF_UNIX*/

char              sun_path;         /*pathname*/

}；

这是一种通用的定义，一般都不用。TCP/IP使用的是自己的结构体struct sockaddr_in，格式如下：

struct sockaddr_in

{

short int sin_family;      //地址类型,一般为AF_INET

unsigned short int sin_port;        //端口号

struct in_addr sin_addr;        //IP地址

}；

这里的struct in_addr的定义如下：

struct in_addr

{

unsigned long int  s_addr;

};

结构体sockaddr和sockaddr_in的长度都是16字节。一般在编TCP/IP程序时，一般使用结构体sockaddr_in来设置地址，然后在需要的时候，通过强制类型转换成sockaddr类型。

建立连接

函数connect用来在一个指定的套接字上创建一个连接，函数原型：

[cpp] view plain copy print?

1. int connect(int socket, const struct sockaddr *address, size_t address_len);

参数sockfd是一个由函数socket创建的套接字；

参数address是一个地址结构，需要连接的地址；

参数address_len为参数addr_addr的长度。

函数执行成功返回0，有错误发生则返回-1。

如果套接字类型是TCP，则该函数用于向服务器发出连接请求，服务器的IP地址和端口号由参数serv_addr指定；如果套接字类型是UDP，则该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该socket接收。

通常一个面向连接的套接字只能调用一次connect函数；而对于无连接的套接字则可以多次调用connect函数以改变与目的地址的绑定。

在套接字上监听

函数listen把套接字转化为被动监听，函数原型：

int listen（int s, int backlog);

参数s指定了一个套接字；

参数backlog指定了该连接队列的最大长度，如果已达到最大，则之后的连接请求将被服务器拒绝。

函数执行成功赶回0，有错误发生则返回-1。

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上。（通过connect()函数）。

作为服务器端的程序，通常在某个端口上监听等待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，然后调用函数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，等待来自于客户端的连接请求。

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，真正的接收客户端连接请求的是accept（）函数。

接收连接

函数accept用来接收一个连接请求，函数原型：

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

参数s是由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；

参数addr用来保存发起连接请求的主机的地址和端口；

参数addrlen是addr所指向的结构体的大小。

函数执行成功返回一个新的代表客户端的套接字，出错则返回-1。

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。

[cpp] view plain copy print?

1. /*  Make the necessary includes and set up the variables.  */
2. #include <sys/types.h>
3. #include <sys/socket.h>
4. #include <stdio.h>
5. #include <sys/un.h>
6. #include <unistd.h>
7. #include <stdlib.h>
8. int main()
9. {
10. int sockfd;
11. int len;
12. struct sockaddr_un address;
13. int result;
14. char ch = ‘A‘;
15. /*  Create a socket for the client.  */
16. sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
17. /*  Name the socket, as agreed with the server.  */
18. address.sun_family = AF_UNIX;
19. strcpy(address.sun_path, "server_socket");
20. len = sizeof(address);
21. /*  Now connect our socket to the server‘s socket.  */
22. result = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&address, len);
23. if(result == -1) {
24. perror("oops: client1");
25. exit(1);
26. }
27. /*  We can now read/write via sockfd.  */
28. write(sockfd, &ch, 1);
29. read(sockfd, &ch, 1);
30. printf("char from server = %c\n", ch);
31. close(sockfd);
32. exit(0);
33. }

[cpp] view plain copy print?

1. /*  Make the necessary includes and set up the variables.  */
2. #include <sys/types.h>
3. #include <sys/socket.h>
4. #include <stdio.h>
5. #include <sys/un.h>
6. #include <unistd.h>
7. #include <stdlib.h>
8. int main()
9. {
10. int server_sockfd, client_sockfd;
11. int server_len, client_len;
12. struct sockaddr_un server_address;
13. struct sockaddr_un client_address;
14. /*  Remove any old socket and create an unnamed socket for the server.  */
15. unlink("server_socket");
16. server_sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);
17. /*  Name the socket.  */
18. server_address.sun_family = AF_UNIX;
19. strcpy(server_address.sun_path, "server_socket");
20. server_len = sizeof(server_address);
21. bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);
22. /*  Create a connection queue and wait for clients.  */
23. listen(server_sockfd, 5);
24. while(1) {
25. char ch;
26. printf("server waiting\n");
27. /*  Accept a connection.  */
28. client_len = sizeof(client_address);
29. client_sockfd = accept(server_sockfd,
30. (struct sockaddr *)&client_address, &client_len);
31. /*  We can now read/write to client on client_sockfd.  */
32. read(client_sockfd, &ch, 1);
33. ch++;
34. write(client_sockfd, &ch, 1);
35. close(client_sockfd);
36. }
37. }