Socket编程

提示：以下是本篇文章正文内容

一、应用编程接口

应用编程接口API: 就是应用进程的控制权和操作系统的控制权进行转换的一个系统调用接口

这一点感觉有点像操作系统的用户级线程与内核级线程类似的，为了使应用层的应用进程可以和相邻层(传输层)传递数据，需要一个接口，即API

典型的应用编程接口

(1)套接字接口(socket interface)，简称套接字（socket） ----UNIX 操作系统

(2)Windows Socket Interface， 即WINSOCK -----Windows

(3)Transport Layer Interface，即TLI ------AT&T UNIX 系统 V

二、Socket API概述

最初设计，是面向BSD UNIX-Berkley 和 TCP/IP协议栈接口，目前，绝大多数操作系统都支持

Socket 是 Internet网络应用最典型的API接口，是应用进程间通信的抽象机制 多数应用程序是由通信进程对组成的，进程对中的两个进程互相发送报文， 一个进程通过软件接口（API）向网络接收报文，可以把看作进程是房子，API是门

1.进程寻址

寻址应用层客户应用进程和服务器应用进程： 1.标识通信端点（对外）：IP地址+端口号 （16位整数）

2.操作系统/进程如何管理套接字(对内):套接字描述符(socket descriptor) 小整数

对于客户机来说想找到服务器应用层的某个进程通过IP地址+端口号寻址， 对于服务器主机想要找到自己某个应用层进程通过套接字描述符

2.Socket抽象

类似于文件的抽象，当应用进程创建套接字时，操作系统分配一个数据结构存 储该套接字相关信息，操作系统并返回套接字描述符 每一个进程都有一个Socket描述符表，存储着该该套接字相关信息，操作系统维护一个套接字描述符表，存储的是指向套接字数据结构的指针

3.地址结构

sockaddr_in结构体:

struct sockaddr_in
{
	u_char sin_len; /*地址长度 */
	u_char sin_family; /*地址族(TCP/IP： AF_INET) */
	u_short sin_port; /*端口号 */
	struct in_addr sin_addr; /*IP地址 */
	char sin_zero[8]; /*未用(置0) */
}

当使用TCP/IP协议簇的网络应用程序声明端点地址变量时，使用结构sockaddr_in

地址族：为了适应不同协议的变化，引入了地址族，其在TCP/IP下使用的值为AF_INET

三、Socket API函数

调用流程：使用Socket的应用程序在使用Socket之前必须首先调用WSAStartup函数，然后再调用其他相关Socket API，应用程序在完成对请求的Socket库的使用，最后要调用WSACleanup函数

注：这两个函数是关于Windows 相关Socket 特有的

1.WSAStartup

使用Socket的应用程序在使用Socket之前必须首先调用SAStartup函数

函数原型

int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

两个参数: (1)第一个参数指明程序请求使用的WinSock版本，其中高位字节指明副版本、低位字节指明主版本. • 十六进制整数，例如0x102表示2.1版

(2)第二个参数返回实际的WinSock的版本信息 • 指向WSADATA结构的指针

使用2.1版本的WinSock的程序代码段

wVersionRequested = MAKEWORD( 2, 1 );
err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );

2.WSACleanup

应用程序在完成对请求的Socket库的使用，最后要调用WSACleanup函数

函数原型

int WSACleanup (void);

作用： 1.解除与Socket库的绑定 2.释放Socket库所占用的系统资源

3.socket

创建套接字，操作系统返回套接字描述符（sd）

socket函数对应于普通文件的打开操作，普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket，这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作

函数原型

int socket(int domain, int type, int protocol);
sd = socket(protofamily,type,proto);

(1)domain ==即协议域，又称为协议族（family） ==, 常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE

协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合，AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址，其中，protofamily = PF_INET（TCP/IP）

(2)type 指定socket类型，常用的socket类型有，SOCK_STREAM，SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET (TCP/IP)

(3)protocol 指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议, 0为默认

Socket面向TCP/IP的服务类型 TCP： 可靠、面向连接、字节流传输、点对点 UDP： 不可靠、无连接、数据报传输

SOCK_STREAM面向传输层的TCP SOCK_DGRAM面向传输层的UDP SOCK_RAM直接面向网络层

创建一个流套接字的代码段

struct protoent *p;
p=getprotobyname("tcp");
SOCKET sd=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,p->p_proto);

4.Closesocket

关闭一个描述符为sd的套接字

函数原型

int closesocket(SOCKET sd);

返回值：0：成功 SOCKET_ERROR：失败

如果多个进程共享一个套接字，调用closesocket将套接字引用计数减1，减至0才关闭 (类似于操作系统中的信号量）

一个进程中的多线程对一个套接字的使用无计数，如果进程中的一个线程调用closesocket将一个套接字关闭，该进程中的其他线程也将不能访问该套接字

5.bind

绑定套接字的本地端点地址 ：IP地址+端口号

函数原型

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

(1)sockfd 即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket，bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字

(2)addr const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址, 这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同

(3)addrlen 地址的长度

但是，一般IP地址不唯一，怎样才能分配对于的IP地址呢？ 地址通配符： INADDR_ANY bind函数，需要绑定IP地址，可以设置INADDR_ANY，INADDR_ANY就是指定地址为0.0.0.0的地址，这个地址事实上表示不确定地址，或“所有地址”、“任意地址”，也就是表示本机的所有IP

注：客户程序一般不必调用bind函数，因为它创建的套接字由操作系统为其分配地址

6.listen

置服务器端的流套接字处于监听状态 注：仅服务器端调用，仅用于面向连接的流套接字

函数原型

int listen(int sockfd, int backlog);

第二个参数：设置连接请求队列大小 返回值： 0：成功 SOCKET_ERROR：失败

7.connect

客户程序调用connect函数来使客户套接字（sd）与特定计算机的特定端口（saddr）的套接字（服务）进行连接 注：仅用于客户端

函数原型

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

第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度

可用于TCP客户端也可以用于UDP客户端 TCP客户端：建立TCP连接 UDP客户端：指定服务器端点地址

如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求

8.accept

服务程序调用accept函数从处于监听状态的流套接字sd的客户连接请求队列中取出排在最前的一个客户请求，并且创建一个新的套接字来与客户套接字创建连接通道

注：仅用于TCP套接字， 仅用于服务器 函数原型

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

第一个参数为服务器的socket描述字，第二个参数为指向struct sockaddr *的指针，用于返回客户端的协议地址，第三个参数为协议地址的长度。

如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接 注意: (1)生成一个新的套接字描述符

(2)accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字, 而accept函数返回的是已连接的socket描述字。

一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在, 内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭

9.send, sendto

send函数TCP套接字（客户与服务器）或调用了connect函数的UDP客户端套接字

sendto函数用于UDP服务器端套接字与未调用connect函数的UDP客户端套接字 函数原型

send(sd,*buf,len,flags);
sendto(sd,*buf,len,flags,destaddr,addrlen);

10.recv, recvfrom

recv函数从TCP连接的另一端接收数据，或者从调用了connect函数的UDP客户端套接字接收服务器发来的数据

recvfrom函数用于从UDP服务器端套接字与未调用connect函数的UDP客户端套接字接收对端数据

函数原型

recv(sd,*buffer,len,flags);
recvfrom(sd,*buf,len,flags,senderaddr,saddrlen);

11.setsockopt, getsockopt

setsockopt()函数用来设置套接字sd的选项参数

getsockopt()函数用于获取任意类型、任意状态套接口的选项当前值，并把结果存入optval 函数原型

int setsockopt(int sd, int level, int optname, *optval, int optlen);
int getsockopt(int sd, int level, int optname, *optval, socklen_t *optlen);

四、网络字节顺序

TCP/IP定义了标准的用于协议头中的二进制整数表示： 网络字节顺序（network byte order）

某些Socket API函数的参数需要存储为网络字节顺序（如IP地址、端口号等）

可以实现本地字节顺序与网络字节顺序间转换的函数：

1.htons: 本地字节顺序→网络字节顺序(16bits)

2.ntohs: 网络字节顺序→本地字节顺序(16bits)

3.htonl: 本地字节顺序→网络字节顺序(32bits)

4.ntohl: 网络字节顺序→本地字节顺序(32bits)

五、调用基本流程

对于TCP来说

总结

提示：这里对文章进行总结：

函数总结