套接字说明及函数说明

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#socket #网络协议 #网络 #编程 #服务器 #tcp

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socket通常也称作“套接字”，应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者响应网络请求。socket位于传输层之上，应用层之下。socket函数基本为系统调用，它是操作系统向网络通信应用程序提供的函数接口。

Linux套接字编程完全兼容Unix套接字编程，两个平台编程方法是一致的。读者可以重点掌握TCP套接字编程和UDP服务器编程。

1.1.1 套接字说明

Linux&Unix的I/O内涵是系统中一切都是文件。当程序在执行任何形式I/O的时候，程序是在读或者写一个文件描述符从而实现操作文件。但是，这个文件可能是一个socket网络连接、目录、FIFO、管道、终端、外设、磁盘上的文件。socket是使用标准Linux文件描述符和其他进程进行通信的。

利用socket编程，会涉及流（stream）、连接（connection）、阻塞(block)、非阻塞(non-block)、同步(synchronous)、异步(asynchronous)、长连接、短连接、IP地址、端口、字节顺序等概念，这些概念将在后文加以介绍。

1. 套接字说明

（1）套接字网络层次说明

图18-1画出了套接字位于网络中的层次，它位于传输层之上，应用层之下。socket编程是通过一系列系统调用完成应用层协议。如ftp、telnet、http等应用层协议都是通过socket编程来实现。

图18-1 套接字层次图

套接字是对网络中应用进程之间进行双向通信的抽象，提供了应用层进程利用网络协议栈交换数据的机制。

从套接字所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议栈进行通信的接口，是应用程序与网络协议栈进行交互的接口。

从实现的角度来讲，套接字系统函数是一个复杂的软件模块，包含了一定的数据结构和许多选项，由操作系统内核管理。

从使用的角度来讲，利用套接字函数编程非常简单。

总之，套接字是网络通信的基石。套接字函数是一种网络通信API，程序员可以用之开发网络程序。

（2）IP地址与端口

端口是指网络中面向连接服务和无连接服务的通信协议端口，它是一种抽象的软件结构，包括一些数据结构和I/O（基本输入输出）缓冲区。

IP地址用来标识网络中不同主机的地址，而端口号就是标识同一台主机上不同网络通信进程的地址，IP地址和端口号合起来标识网络中唯一的进程。

如果把IP地址比作一间房子，端口就是出入这间房子的门。真正的房子只有几个门，但是一个IP地址的端口可以有65536（即2^16）个之多。端口是通过端口号来标记的，端口号只能是整数，范围是从0 到65535（2^16-1）。其中端口1~1024是系统保留端口。

其中一次socket通信连接，会涉及源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口四个要素。源IP地址、源端口标识客户端进程，其中源端口为操作系统随机分配的；目的IP地址、目的端口标识服务端进程，其中目的端口是由应用程序指定的。

（3）socket编程说明

Linux系统是通过提供套接字(socket)函数来进行网络编程的。socket技术提供了在TCP/IP模型各个层上的编程支持，该技术是在内核处理收到的各层协议数据，然后应用程序以文件操作方式接收内核传来的数据。应用程序对文件处理是通过一个文件描述符来进行的，socket文件描述符可以看成普通的文件描述符来进行操作，这就是Linux设备无关性的好处，可以通过对文件描述符读写操作来实现网络间数据流的传输。