socket编程之简单的TCP服务器

一、socket编程

    socket编程socket这个词可以表示很多概念: 在TCP/IP协议中,“IP地址+TCP或UDP端口号”唯一标识网络通讯中的一个进程,“IP地址+端口号”就称为socket。

    在TCP协议中,建立连接的两个进程各自有一个socket来标识,那么这两个socket组成 的socketpair就唯一标识一个连接。socket本身有“插座”的意思,因此用来描述网络连接的一对一关系。

二.端口号分类

（1）.熟知端口号：数值在0~1024之间，由IANA把这些端口号分配给TCP/IP中最重要的一些应用程序，让所有的用户都能知道。（一般在服务器上绑定。）

（2）.登记端口号：数值在1024～49151之间，这类端口号是为没有熟知端口号的应用程序使用的。使用这类端口号必须在IANA按照规定的手续登记，以防止重复。49151是65535的四分之三。（一般在服务器上使用）

（3）.短暂端口号：数值在49152~65535之间，这类端口号是在客户程序运行时才动态选择，当通信结束时，这个刚才使用的端口号会被系统回收，以供其它客户进程使用。（在客户端使用）

三、网络字节序 

    我们已经知道,内存中的多字节数据相对于内存地址有大端和小端之分,磁盘文件中的多字节数据相对于文件中的偏移地址也有大端小端之分。网络数据流同样有大端小端之分,那么如何定义网络数据流的地址呢?发送主机通常将发送缓冲区中的数据按内存地址从低到高的顺序发出,接收主机把从网络上接到的字节依次保存在接收缓冲区中,也是按内存地址从低到高的顺序保存,因此,网络数据流的地址应这样规定:先发出的数据是低地址,后发出的数据是高地址。TCP/IP协议规定,网络数据流应采用大端字节序,即低地址高字节。例如UDP段格式, 地址0-1是16位的源端口号,如果这个端口号是1000(0x3e8),则地址0是0x03,地址1是0xe8, 也就是先发0x03,再发0xe8,这16位在发送主机的缓冲区中也应该是低地址存0x03,高地址存0xe8。但是,如果发送主机是小端字节序的,这16位被解释成0xe803,而不是1000。因此,发送主机把1000填到发送缓冲区之前需要做字节序的转换。同样地,接收主机如果是小端字节序的, 接到16位的源端口号也要做字节序的转换。如果主机是大端字节序的,发送和接收都不需要做转 换。同理,32位的IP地址也要考虑网络字节序和主机字节序的问题。为使网络程序具有可移植性,使同样的C代码在大端和小端计算机上编译后都能正常运行,可以调用以下库函数做网络字节序和主机字节序的转换。

上边的函数其实很好记，h代表host，n代表net,htons则表示将host的端口号字节序转换为intet的字节序。

四、socket地址的数据类型及相关函数

    socket API是一层抽象的网络编程接口,适用于各种底层网络协议,如IPv4、IPv6,然而各种网络协议的地址格式并不相同,如下图所示

    IPv4和IPv6的地址格式定义在netinet/in.h中,IPv4地址用sockaddr_in结构体表示,包括16位端口号和32位IP地址,IPv6地址用sockaddr_in6结构体表示,包括16位端口号、128位IP地址和一些控制字段。UNIX Domain Socket的地址格式定义在sys/un.h中,用sockaddr_un结构体表示。各 种socket地址结构体的开头都是相同的,前16位表示整个结构体的长度(并不是所有UNIX的实现 都有长度字段,如Linux就没有),后16位表示地址类型。IPv4、IPv6和UNIXDomain Socket的地 址类型分别定义为常数AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX。这样,只要取得某种sockaddr结构体的首地址,不需要知道具体是哪种类型的sockaddr结构体,就可以根据地址类型字段确定结构体中的 内容。因此,socket API可以接受各种类型的sockaddr结构体指针做参数,例如bind、accept、connect等函数,这些函数的参数应该设计成void *类型以便接受各种类型的指 针,但是sock API的实现早于ANSI C标准化,那时还没有void *类型,因此这些函数的参数都用struct sockaddr *类型表示,在传递参数之前要强制类型转换一下,例如:

    sockaddr_in中的成员struct in_addr sin_addr表示32位的IP 地址。但是我们通常用点分十进制的字符串表示IP 地址,以下函数可以在字符串表示和in_addr表示之间转换。

TCP协议通讯流程在我的上一篇博客中详细的介绍了，本文不再赘述。

五、最简单的TCP网络应用程序