socket通讯原理及实现(C语言实现)

在文章的开始我想提出几个问题

1. 什么是TCP/IP , UDP?
2. Socket在哪里?
3. Socket是什么?

什么是TCP/IP , UDP?
TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。
UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。
Socket是什么?
Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来说，一组简单的接口就是全部，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。
Socket在哪里?
下面这张图说明了Socket存在的位置
在网络编程中 , 要遵循一下这样的流程进行编写

先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

1) socket()函数

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

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等等。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。

名称	含义	名称	含义
PF_UNIX,PF_LOCAL	本地通信	PF_X25	ITU-T X25 / ISO-8208协议
AF_INET,PF_INET	IPv4 Internet协议	PF_AX25	Amateur radio AX.25
PF_INET6	IPv6 Internet协议	PF_ATMPVC	原始ATM PVC访问
PF_IPX	IPX-Novell协议	PF_APPLETALK	Appletalk
PF_NETLINK	内核用户界面设备	PF_PACKET	底层包访问

        函数socket()的参数domain用于设置网络通信的域，函数socket()根据这个参数选择通信协议的族。通信协议族在文件sys/socket.h中定义。
type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
protocol：故名思意，就是指定协议。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.
注意：并不是上面的type和protocol可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（addressfamily , AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

sockaddr_in（在netinet/in.h中定义）：

struct sockaddr_in
{
   
   
short sin_family;   /*Address family一般来说AF_INET（地址族）PF_INET（协议族）*/

unsigned short sin_port;   /*Port number(必须要采用网络数据格式,普通数字可以用htons()函数转换成网络数据格式的数字)*/

struct in_addr sin_addr;  /*IP address in network byte order（Internet address）*/

unsigned char sin_zero[8];  /*Same size as struct sockaddr没有实际意义,只是为了　跟SOCKADDR结构在内存中对齐*/
};

2) bind()函数

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

正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

函数的三个参数分别为：
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。
addr：一个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，
如ipv4对应的是：

struct sockaddr_in
 {
   
   
   sa_family_t sin_family;
   in_port_t sin_port;
   struct in_addr sin_addr;
};

struct in_addr 
{
   
   
   uint32_t s_addr;
};

ipv6对应的是：

struct sockaddr_in6
 {
   
   
   sa_family_t sin6_family;
   in_port_t sin6_port;
   uint32_t sin6_flowinfo;
   struct in6_addr sin6_addr;
   uint32_t sin6_scope_id;
};

struct in6_addr 
{
   
   
   unsigned char s6_addr[16];
};

Unix域对应的是：

#define UNIX_PATH_MAX 108

struct sockaddr_un 
{
   
   
   sa_family_t sun_family;
   char