linux socket网络编程详解

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我是靠谱客的博主秀丽自行车，最近开发中收集的这篇文章主要介绍linux socket网络编程详解，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

linux socket网络编程详解

2009年03月18日星期三 22:56

什么是Socket？

Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程式员能够用他们来研发TCP/IP网络上的应用程式。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解Socket接口。

Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。假如了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解Socket了。网络的 Socket数据传输是一种特别的I/O，Socket也是一种文档描述符。Socket也具备一个类似于打开文档的函数调用Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种：流式Socket （SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

Socket建立

　　为了建立Socket，程式能够调用Socket函数，该函数返回一个类似于文档描述符的句柄。socket函数原型为：

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

domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互连网协议族（TCP/IP协议族）；type参数指定socket的类型： SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程式使用低层协议；protocol通常赋值"0"。 Socket()调用返回一个整型socket描述符，您能够在后面的调用使用他。

Socket描述符是个指向内部数据结构的指针，他指向描述符表入口。调用Socket函数时，socket执行体将建立一个Socket，实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。Socket执行体为您管理描述符表。

　　两个网络程式之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。

Socket配置

通过socket调用返回一个socket描述符后，在使用socket进行网络传输以前，必须配置该socket。面向连接的socket客户端通过调用Connect函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket的客户端和服务端连同面向连接socket的服务端通过调用 bind函数来配置本地信息。

Bind函数将socket和本机上的一个端口相关联，随后您就能够在该端口监听服务请求。bind函数原型为：

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

bind()函数有3个参数。第一个参数sockfd参数的指针，sockaddr中包含了地址、端口和IP地址的信息。在进行地址绑定的时候，需要先将地址结构中的IP地址、端口、类型等结构struct sockaddr中的域进行设置后才能绑定，这样进行绑定后才能将套接字文件描述符与地址等结合在一起。

sockfd是调用socket函数返回的socket描述符,my_addr是个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针；addrlen常被配置为sizeof(struct sockaddr)。

struct sockaddr结构类型是用来保存socket信息的：

struct sockaddr {

unsigned short sa_family; /* 地址族， AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */

};

sa_family一般为AF_INET，代表Internet（TCP/IP）地址族；sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。

另外更有一种结构类型：

struct sockaddr_in {

short int sin_family; /* 地址族 */

unsigned short int sin_port; /* 端口号 */

struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */

unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持和struct sockaddr同样大小 */

};

这个结构更方便使用。sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到和struct sockaddr同样的长度，能够用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针能够相互转换，这意味着假如一个函数所需参数类型是sockaddr时，您能够在函数调用的时候将一个指向 sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针；或相反。

　　使用bind函数时，能够用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号：

my_addr.sin_port = 0; /* 系统随机选择一个未被使用的端口号 */

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本机IP地址 */

通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动为您选择一个未占用的端口来使用。同样，通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY，系统会自动填入本机IP地址。

注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序；而sin_addr则无需转换。

　　电脑数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换，否则就会出现数据不一致。

下面是几个字节顺序转换函数：

•htonl()：把32位值从主机字节序转换成网络字节序

•htons()：把16位值从主机字节序转换成网络字节序

•ntohl()：把32位值从网络字节序转换成主机字节序

•ntohs()：把16位值从网络字节序转换成主机字节序

Bind()函数在成功被调用时返回0；出现错误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号。需要注意的是，在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值，因为1到1024是保留端口号，您能够选择大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。

连接建立

　　面向连接的客户程式使用Connect函数来配置socket并和远端服务器建立一个TCP连接，其函数原型为：

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

sockfd 是socket函数返回的socket描述符；serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针；addrlen是远端地址结构的长度。 Connect函数在出现错误时返回-1，并且配置errno为相应的错误码。进行客户端程式设计无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口和服务器建立连接并无需关心，socket执行体为您的程式自动选择一个未被占用的端口，并通知您的程式数据什么时候到打断口。

参数serv_addr,是一个指向数据结构sockaddr的指针，其中包括客服端需要连接的服务器的目的端口和IP地址，以及协议类型。

Connect函数应用于一个TCP套接字时，将与由它的第二个参数指向的套接字地址结构指定的服务器建立一个TCP连接。

Connect函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程式使用socket时才需要将此socket和远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接，他只是被动的在协议端口监听客户的请求。

Listen函数使socket处于被动的监听模式，并为该socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程式处理他们。

int listen(int sockfd， int backlog);

Sockfd 是Socket系统调用返回的socket 描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept()他们（参考下文）。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。假如一个服务请求到来时，输入队列已满，该socket将拒绝连接请求，客户将收到一个出错信息。

当出现错误时listen函数返回-1，并置相应的errno错误码。

accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。

int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);

sockfd是被监听的socket描述符，addr通常是个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某台主机从某个端口发出该请求，客服端）；addrlen通常为一个指向值为sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。

如果accept成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新描述符，代表与所返回客户的TCP连接。在讨论accept函数时，我们称它的第一个参数为监听套接字描述符（由socket创建，用作bind和listen的第一个参数的描述符），称它的返回值为已连接套接字描述符。区分这两个套接字非常重要。一个服务器通常仅仅创建一个监听套接字，它在该服务器的生命期间内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建一个已连接套接字（也就是说对于它的TCP三路握手过程已经完成）。当服务器完成对某个给定客户的服务时，相应的已连接套接字就被关闭。

　当accept函数监控的 socket收到连接请求时，socket执行体将建立一个新的socket，执行体将这个新socket和请求连接进程的地址联系起来，收到服务请求的初始socket仍能够继续在以前的 socket上监听，同时能够在新的socket描述符上进行数据传输操作。

数据传输

Send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。

Send()函数原型为：

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

Sockfd是您想用来传输数据的socket描述符；msg是个指向要发送数据的指针；Len是以字节为单位的数据的长度；flags一般情况下置为0（关于该参数的用法可参照man手册）。

Send()函数返回实际上发送出的字节数，可能会少于您希望发送的数据。在程式中应该将send()的返回值和欲发送的字节数进行比较。当send()返回值和len不匹配时，应该对这种情况进行处理。

char *msg = "Hello!";

int len, bytes_sent;

……

len = strlen(msg);

bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0);

……

recv()函数原型为：

int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);

Sockfd是接受数据的socket描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。Flags也被置为0。Recv()返回实际上接收的字节数，当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。

Sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有和远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址。

sendto()函数原型为：

int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);

　　该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。

Recvfrom()函数原型为：

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

from是个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof (struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno。

假如您对数据报socket调用了connect()函数时，您也能够利用send()和recv()进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。

结束传输

　　当任何的数据操作结束以后，您能够调用close()函数来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作：

close(sockfd);

　　您也能够调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许您只停止在某个方向上的数据传输，而一个方向上的数据传输继续进行。如您能够关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据，直至读入任何数据。

int shutdown(int sockfd,int how);

Sockfd是需要关闭的socket的描述符。参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式：

•0-------不允许继续接收数据

•1-------不允许继续发送数据

•2-------不允许继续发送和接收数据，

•均为允许则调用close ()

shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1并置相应errno。

Socket编程实例

代码实例中的服务器通过socket连接向客户端发送字符串"Hello, you are connected!"。只要在服务器上运行该服务器软件，在客户端运行客户软件，客户端就会收到该字符串。

该服务器软件代码如下：

#include

#define SERVPORT 3333 /*服务器监听端口号 */

#define BACKLOG 10 /* 最大同时连接请求数 */

main()

{

int sockfd,client_fd; /*sock_fd：监听socket；client_fd：数据传输socket */

struct sockaddr_in my_addr; /* 本机地址信息 */

struct sockaddr_in remote_addr; /* 客户端地址信息 */

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {

perror("socket创建出错！"); exit(1);

}

my_addr.sin_family=AF_INET;

my_addr.sin_port=htons(SERVPORT);

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

bzero(&(my_addr.sin_zero),8);

if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1) {

perror("bind出错！");

exit(1);

}

if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) {

perror("listen出错！");

exit(1);

}

while(1) {

sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);

if ((client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &sin_size)) == -1) {

perror("accept出错");

continue;

}

printf("received a connection from %sn", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));

if (!fork()) { /* 子进程代码段 */

if (send(client_fd, "Hello, you are connected!n", 26, 0) == -1)

perror("send出错！");

close(client_fd);

exit(0);

}

close(client_fd);

}

服务器的工作流程是这样的：首先调用socket函数创建一个Socket，然后调用bind函数将其和本机地址连同一个本地端口号绑定，然后调用 listen在相应的socket上监听，当accpet接收到一个连接服务请求时，将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址，并通过新的socket向客户端发送字符串"Hello，you are connected!"。最后关闭该socket。

客户端程式首先通过服务器域名获得服务器的IP地址，然后创建一个socket，调用connect函数和服务器建立连接，连接成功之后接收从服务器发送过来的数据，最后关闭socket。