linux 的套接字

套接字是一種通信機制，憑借這種機制，客戶/服務器系統的開發工作既可以在本地單機上進行，也可以跨網絡進行。

套接字的特性有三個屬性確定，它們是：域（domain），類型（type），和協議（protocol）。套接字還用地址作為它的名字。地址的格式隨域（又被稱為協議族，protocol family）的不同而不同。每個協議族又可以使用一個或多個地址族定義地址格式。

1.套接字的域

域指定套接字通信中使用的網絡介質。最常見的套接字域是AF_INET，它是指Internet網絡，許多Linux局域網使用的都是該網絡，當然，因特網自身用的也是它。其底層的協議——網際協議（IP）只有一個地址族，它使用一種特定的方式來指定網絡中的計算機，即IP地址。

在計算機系統內部，端口通過分配一個唯一的16位的整數來表示，在系統外部，則需要通過IP地址和端口號的組合來確定。

2.套接字類型

流套接字（在某些方面類似域標準的輸入/輸出流）提供的是一個有序，可靠，雙向字節流的連接。

流套接字由類型SOCK_STREAM指定，它們是在AF_INET域中通過TCP/IP連接實現的。他們也是AF_UNIX域中常見的套接字類型。

數據包套接字

與流套接字相反，由類型SOCK_DGRAM指定的數據包套接字不建立和維持一個連接。它對可以發送的數據包的長度有限制。數據報作為一個單獨的網絡消息被傳輸，它可能會丟失，復制或亂序到達。

數據報套接字實在AF_INET域中通過UDP/IP連接實現，它提供的是一種無需的不可靠服務。

3.套接字協議

只要底層的傳輸機制允許不止一個協議來提供要求的套接字類型，我們就可以為套接字選擇一個特定的協議。

創建套接字

socket系統調用創建一個套接字并返回一個描述符，該描述符可以用來訪問該套接字。

#include<sys/types.h>

#include<sys/socket.h>

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

創建的套接字是一條通信線路的一個端點。domain參數指定協議族，type參數指定這個套接字的通信類型，protocol參數指定使用的協議。

domain參數可以指定的協議族如下

域 說明

AF_UNIX  UNIX域協議（文件系統套接字）

AF_INET  ARPA因特網協議（UNIX網絡套接字）

AF_ISO  ISO標準協議

AF_NS  施樂（XEROX）網絡系統協議

AF_IPX  NOVELL IPX協議

AF_APPLETALKAppletalk DDS

最常見的套接字域是AF_UNIX和AF_INET，前者用于通過Unix和Linux文件系統實現的本地套接字，后者用于Unix網絡套接字。AF_INET套接字可以用于通過包括因特網在內的TCP/IP網絡進行通信的程序。微軟Windows系統的winsock接口也提供了對這個套接字域的訪問功能。

socket函數的參數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是一個有序、可靠、面向連接的雙字節流。通過TCP連接來實現。

SOCK_DGRAM是數據包服務，我們可以用它來發送最大長度固定的消息。但消息是否會被正確傳遞或消息是否不會亂序到達沒有保證。

套接字地址結構

結構struct sockaddr_un 定義了一種通用的套接字地址，它的類型是：

struct sockaddr_un

{

    sa_family_t sun_family;       /*AF_UNIX*/

    char              sun_path;         /*pathname*/

}；

這是一種通用的定義，一般都不用。TCP/IP使用的是自己的結構體struct sockaddr_in，格式如下：

struct sockaddr_in

{

    short int sin_family;      //地址類型,一般為AF_INET

    unsigned short int sin_port;        //端口號

    struct in_addr sin_addr;        //IP地址

}；

這里的struct in_addr的定義如下：

struct in_addr

{

    unsigned long int  s_addr;

};

結構體sockaddr和sockaddr_in的長度都是16字節。一般在編TCP/IP程序時，一般使用結構體sockaddr_in來設置地址，然后在需要的時候，通過強制類型轉換成sockaddr類型。

建立連接

函數connect用來在一個指定的套接字上創建一個連接，函數原型：

[cpp] view plain copy print?

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

參數sockfd是一個由函數socket創建的套接字；

參數address是一個地址結構，需要連接的地址；

參數address_len為參數addr_addr的長度。

函數執行成功返回0，有錯誤發生則返回-1。

如果套接字類型是TCP，則該函數用于向服務器發出連接請求，服務器的IP地址和端口號由參數serv_addr指定；如果套接字類型是UDP，則該函數并不建立真正的連接，它只是告訴內核與該套接字進行通信的目的地址（由第二個參數指定），只有該目的地址發來的數據才會被該socket接收。

通常一個面向連接的套接字只能調用一次connect函數；而對于無連接的套接字則可以多次調用connect函數以改變與目的地址的綁定。

在套接字上監聽

函數listen把套接字轉化為被動監聽，函數原型：

int listen（int s, int backlog);

參數s指定了一個套接字；

參數backlog指定了該連接隊列的最大長度，如果已達到最大，則之后的連接請求將被服務器拒絕。

函數執行成功趕回0，有錯誤發生則返回-1。

由函數socket創建的套接字是主動套接字，這種套接字可以用來主動請求連接到某個服務器上。（通過connect()函數）。

作為服務器端的程序，通常在某個端口上監聽等待來自客戶端的連接請求。在服務器端，一般是先調用函數socket創建一個主動套接字，然后調用函數bind將該套接字綁定到某個端口上，接著再調用函數listen將該套接字轉化為監聽套接字，等待來自于客戶端的連接請求。

函數listen只是將套接字設置為傾聽模式以等待連接請求，它并不能接收連接請求，真正的接收客戶端連接請求的是accept（）函數。

接收連接

函數accept用來接收一個連接請求，函數原型：

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

參數s是由socket創建，經函數bind綁定到本地某一端口上，然后通過函數listen轉化而來的監聽套接字；

參數addr用來保存發起連接請求的主機的地址和端口；

參數addrlen是addr所指向的結構體的大小。

函數執行成功返回一個新的代表客戶端的套接字，出錯則返回-1。

只能對面向連接的套接字使用accept函數。accept執行成功時，將創建一個新的套接字，并且這個新的套接字分配一個套接字描述符，并返回這個新的套接字描述符。這個新的套接字描述符與打開文件返回的文件描述符類似，進程可以利用這個新的套接字描述符與客戶端交換數據，參數s所指定的套接字繼續等待客戶端的連接請求。

[cpp] view plain copy print?

1. /*  Make the necessary includes and set up the variables.  */  

2.   

3. #include <sys/types.h>  

4. #include <sys/socket.h>  

5. #include <stdio.h>  

6. #include <sys/un.h>  

7. #include <unistd.h>  

8. #include <stdlib.h>  

9.   

10. int main()  

11. {  

12.     int sockfd;  

13.     int len;  

14.     struct sockaddr_un address;  

15.     int result;  

16.     char ch = 'A';  

17.   

18. /*  Create a socket for the client.  */  

19.   

20.     sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);  

21.   

22. /*  Name the socket, as agreed with the server.  */  

23.   

24.     address.sun_family = AF_UNIX;  

25.     strcpy(address.sun_path, "server_socket");  

26.     len = sizeof(address);  

27.   

28. /*  Now connect our socket to the server's socket.  */  

29.   

30.     result = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&address, len);  

31.   

32.     if(result == -1) {  

33.         perror("oops: client1");  

34.         exit(1);  

35.     }  

36.   

37. /*  We can now read/write via sockfd.  */  

38.   

39.     write(sockfd, &ch, 1);  

40.     read(sockfd, &ch, 1);  

41.     printf("char from server = %c\n", ch);  

42.     close(sockfd);  

43.     exit(0);  

44. }  

[cpp] view plain copy print?

1. /*  Make the necessary includes and set up the variables.  */  

2.   

3. #include <sys/types.h>  

4. #include <sys/socket.h>  

5. #include <stdio.h>  

6. #include <sys/un.h>  

7. #include <unistd.h>  

8. #include <stdlib.h>  

9.   

10. int main()  

11. {  

12.     int server_sockfd, client_sockfd;  

13.     int server_len, client_len;  

14.     struct sockaddr_un server_address;  

15.     struct sockaddr_un client_address;  

16.   

17. /*  Remove any old socket and create an unnamed socket for the server.  */  

18.   

19.     unlink("server_socket");  

20.     server_sockfd = socket(AF_UNIX, SOCK_STREAM, 0);  

21.   

22. /*  Name the socket.  */  

23.   

24.     server_address.sun_family = AF_UNIX;  

25.     strcpy(server_address.sun_path, "server_socket");  

26.     server_len = sizeof(server_address);  

27.     bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);  

28.   

29. /*  Create a connection queue and wait for clients.  */  

30.   

31.     listen(server_sockfd, 5);  

32.     while(1) {  

33.         char ch;  

34.   

35.         printf("server waiting\n");  

36.   

37. /*  Accept a connection.  */  

38.   

39.         client_len = sizeof(client_address);  

40.         client_sockfd = accept(server_sockfd,   

41.             (struct sockaddr *)&client_address, &client_len);  

42.   

43. /*  We can now read/write to client on client_sockfd.  */  

44.   

45.         read(client_sockfd, &ch, 1);  

46.         ch++;  

47.         write(client_sockfd, &ch, 1);  

48.         close(client_sockfd);  

49.     }  

50. }