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Linux下Socket編程

日期:2017/2/7 14:34:04      編輯:Linux教程
 

網絡的Socket數據傳輸是一種特殊的I/O,Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個類似於打開文件的函數調用Socket(),該函數返回一個整型的Socket描述符,隨後的連接建立、數據傳輸等操作都是通過該Socket實現的。

什麼是Socket
   Socket接口是TCP/IP網絡的API,Socket接口定義了許多函數或例程,程序員可以用它們來開發TCP/IP網絡上的應用程序。要學Internet上的TCP/IP網絡編程,必須理解Socket接口。
    Socket接口設計者最先是將接口放在Unix操作系統裡面的。如果了解Unix系統的輸入和輸出的話,就很容易了解Socket了。網絡的 Socket數據傳輸是一種特殊的I/O,Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個類似於打開文件的函數調用Socket(),該函數返 回一個整型的Socket描述符,隨後的連接建立、數據傳輸等操作都是通過該Socket實現的。常用的Socket類型有兩種:流式Socket (SOCK_STREAM)和數據報式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一種面向連接的Socket,針對於面向連接的TCP服務應用;數據 報式Socket是一種無連接的Socket,對應於無連接的UDP服務應用。

Socket建立
  為了建立Socket,程序可以調用Socket函數,該函數返回一個類似於文件描述符的句柄。socket函數原型為:
   int socket(int domain, int type, int protocol);
    domain指明所使用的協議族,通常為PF_INET,表示互聯網協議族(TCP/IP協議族);type參數指定socket的類型: SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM,Socket接口還定義了原始Socket(SOCK_RAW),允許程序使用低層協議;protocol通常賦值"0"。 Socket()調用返回一個整型socket描述符,你可以在後面的調用使用它。
   Socket描述符是一個指向內部數據結構的指針,它指向描述符表入口。調用Socket函數時,socket執行體將建立一個Socket,實際上"建立一個Socket"意味著為一個Socket數據結構分配存儲空間。Socket執行體為你管理描述符表。
  兩個網絡程序之間的一個網絡連接包括五種信息:通信協議、本地協議地址、本地主機端口、遠端主機地址和遠端協議端口。Socket數據結構中包含這五種信息。

Socket配置
   通過socket調用返回一個socket描述符後,在使用socket進行網絡傳輸以前,必須配置該socket。面向連接的socket客戶端通過 調用Connect函數在socket數據結構中保存本地和遠端信息。無連接socket的客戶端和服務端以及面向連接socket的服務端通過調用 bind函數來配置本地信息。
Bind函數將socket與本機上的一個端口相關聯,隨後你就可以在該端口監聽服務請求。Bind函數原型為:
   int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
   Sockfd是調用socket函數返回的socket描述符,my_addr是一個指向包含有本機IP地址及端口號等信息的sockaddr類型的指針;addrlen常被設置為sizeof(struct sockaddr)。
   struct sockaddr結構類型是用來保存socket信息的:
   struct sockaddr {
   unsigned short sa_family; /* 地址族, AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14 字節的協議地址 */
};
   sa_family一般為AF_INET,代表Internet(TCP/IP)地址族;sa_data則包含該socket的IP地址和端口號。
   另外還有一種結構類型:
   struct sockaddr_in {
   short int sin_family; /* 地址族 */
   unsigned short int sin_port; /* 端口號 */
   struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */
   unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持與struct sockaddr同樣大小 */
   };
   這個結構更方便使用。sin_zero用來將sockaddr_in結構填充到與struct sockaddr同樣的長度,可以用bzero()或memset()函數將其置為零。指向sockaddr_in 的指針和指向sockaddr的指針可以相互轉換,這意味著如果一個函數所需參數類型是sockaddr時,你可以在函數調用的時候將一個指向 sockaddr_in的指針轉換為指向sockaddr的指針;或者相反。
  使用bind函數時,可以用下面的賦值實現自動獲得本機IP地址和隨機獲取一個沒有被占用的端口號:
   my_addr.sin_port = 0; /* 系統隨機選擇一個未被使用的端口號 */
   my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本機IP地址 */
通過將my_addr.sin_port置為0,函數會自動為你選擇一個未占用的端口來使用。同樣,通過將my_addr.sin_addr.s_addr置為INADDR_ANY,系統會自動填入本機IP地址。
注意在使用bind函數是需要將sin_port和sin_addr轉換成為網絡字節優先順序;而sin_addr則不需要轉換。
  計算機數據存儲有兩種字節優先順序:高位字節優先和低位字節優先。Internet上數據以高位字節優先順序在網絡上傳輸,所以對於在內部是以低位字節優先方式存儲數據的機器,在Internet上傳輸數據時就需要進行轉換,否則就會出現數據不一致。
   下面是幾個字節順序轉換函數:
·htonl():把32位值從主機字節序轉換成網絡字節序
·htons():把16位值從主機字節序轉換成網絡字節序
·ntohl():把32位值從網絡字節序轉換成主機字節序
·ntohs():把16位值從網絡字節序轉換成主機字節序
   Bind()函數在成功被調用時返回0;出現錯誤時返回"-1"並將errno置為相應的錯誤號。需要注意的是,在調用bind函數時一般不要將端口號置為小於1024的值,因為1到1024是保留端口號,你可以選擇大於1024中的任何一個沒有被占用的端口號。

連接建立
  面向連接的客戶程序使用Connect函數來配置socket並與遠端服務器建立一個TCP連接,其函數原型為:
   int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);
Sockfd 是socket函數返回的socket描述符;serv_addr是包含遠端主機IP地址和端口號的指針;addrlen是遠端地質結構的長度。 Connect函數在出現錯誤時返回-1,並且設置errno為相應的錯誤碼。進行客戶端程序設計無須調用bind(),因為這種情況下只需知道目的機器 的IP地址,而客戶通過哪個端口與服務器建立連接並不需要關心,socket執行體為你的程序自動選擇一個未被占用的端口,並通知你的程序數據什麼時候到 打斷口。

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