1 什么是socket
socket是一个广义的进程间通信通道。像一个管道(pipe)一样,socket被表示为一个文件描述符。与管道不同,socket支持不相关的进程之间的通信,甚至在通信网络上不同的机器上运行的进程。socket是与其他计算机通信的主要手段,telnet、rlogin、ftp、talk以及其他熟悉的网络应用程序都是用的socket。
并非所有操作系统都支持socket。GNU C库头文件sys / socket.h的存在与操作系统无关,如果系统不支持socket这些函数总是失败的。
2 主要函数
2.1 socket()函数
头文件:<sys/socket.h>
函数原型:int socket(int
domain, int
type, int
protocol);
函数作用:创建一个通信端点并返回一个描述符。socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor),它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样,后续的操作都有用到它,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。
参数说明:
1)domain:domain参数指定通信领域,这个选择将被用于通信的协议族。这些家庭被定义在<sys/socket.h>。包括AF_UNIX、AF_LOCAL、AF_INET和AF_INET6等。
宏定义 | 含义 |
AF_UNIX, AF_LOCAL | 本地通信 |
AF_INET | IPv4 Internet 协议 |
AF_INET6 | IPv6 Internet 协议 |
2)type:socket有指定的类型,它指定的通信语义。包括SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_SEQPACKET、SOCK_RAW和SOCK_RDW等。
宏定义 | 含义 |
SOCK_STREAM | 提供有序的、可靠的、双向的、基于连接的字节流。 |
SOCK_DGRAM | 支持数据报(无连接的、不可靠的消息、固定最大长度的报文)。 |
SOCK_SEQPACKET | 提供有序的、可靠的、双向连接的基础数据传输路径来传输固定的最大长度的数据报。消费者需要为每个输入系统调用读取整个数据包。 |
SOCK_RAW | 提供原始网络协议的访问。 |
SOCK_RDM | 提供了可靠的数据报层,并不能保证顺序。 |
3)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。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。
返回值:返回一个描述符,-1表示错误。错误码存放在errno中。
2.2 bind()函数
头文件:<sys/socket.h>
函数原型:int bind(int
sockfd, const struct sockaddr *
addr, socklen_t
addrlen);
函数作用:当socket(0函数创建一个socket,它存在于一个名字空间(地址族)中,但没有地址分配给它。 bind()函数通过addr为文件描述符sockfd指定地址。 addrlen指定的大小,以字节为单位的地址指向的地址结构。传统上,这种操作被称为”给socket命名“。
参数说明:
1)sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。
2)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。
#include <netinet/in.h>
/* 如ipv4对应的是:*/
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
uint32_t s_addr; /* address in network byte order */
};
/* ipv6对应的是:*/
struct sockaddr_in6 {
sa_family_t sin6_family; /* AF_INET6 */
in_port_t sin6_port; /* port number */
uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
struct in6_addr sin6_addr; /* IPv6 address */
uint32_t sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};
struct in6_addr {
unsigned char s6_addr[16]; /* IPv6 address */
};
/* Unix域对应的是: */
#define UNIX_PATH_MAX 108
struct sockaddr_un {
sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
char sun_path[UNIX_PATH_MAX]; /* pathname */
};
3)addrlen:对应的是地址的长度。
返回值:0表示成功,-1表示错误。错误码存放在errno中。
2.2.1 网络字节序
通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号),用于提供服务,客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定,有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind(),而客户端就不会调用,而是在connect()时由系统随机生成一个。
网络字节序与主机字节序
主机字节序:就是我们平常说的大端和小端模式:不同的CPU有不同的字节序类型,这些字节序是指整数在内存中保存的顺序,这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下:
a)Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。
b)Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序:4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。字节序,顾名思义字节的顺序,就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序,一个字节的数据没有顺序的问题了。
所以:在将一个地址绑定到socket的时候,请先将主机字节序转换成为网络字节序,而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题,导致了很多莫名其妙的问题,所以请谨记对主机字节序不要做任何假定,务必将其转化为网络字节序再赋给socket。
主机字节序:就是我们平常说的大端和小端模式:不同的CPU有不同的字节序类型,这些字节序是指整数在内存中保存的顺序,这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下:
a)Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端,高位字节排放在内存的高地址端。
b)Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端,低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序:4个字节的32 bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit,其次8~15bit,然后16~23bit,最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序,因此它又称作网络字节序。字节序,顾名思义字节的顺序,就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序,一个字节的数据没有顺序的问题了。
所以:在将一个地址绑定到socket的时候,请先将主机字节序转换成为网络字节序,而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题,导致了很多莫名其妙的问题,所以请谨记对主机字节序不要做任何假定,务必将其转化为网络字节序再赋给socket。
网络字节序转换函数,头文件<arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostshort) 主机字节序转换成网络字节序,for short
uint32_t htonl(uint32_t hostlong) 主机字节序转换成网络字节序,for long
uint16_t ntohs(uint16_t netshort) 网络字节序转换成主机字节序,for short
uint32_t ntohl(uint32_t netlong) 网络字节序转换成主机字节序,for long
2.2.1 地址转换
<arpa/inet.h>
uint32_t in_addr(const char * name); 将用点分表示(127.0.0.1)ipv4网络地址转换成网络字节序的二进制数。
2.3 listen()函数
头文件:<sys/socket.h>
函数原型:int listen(int
sockfd, int
backlog);
函数作用:listen()将sockfd标记为一个被动的socket,即作为一个socket,将用于接受用accept()传入的连接请求。
参数说明:
1)sockfd:即socket描述字,类型为SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKET。
2)backlog:可以排队的最大连接个数。如果一个连接请求到达时队列已满或ECONNREFUSED,如果底层协议支持重传,该请求可能会被忽略,所以稍后重新尝试连接成功。
返回值:0表示成功,-1表示错误。错误码存放在errno中。
2.4 connect()函数
头文件:<sys/socket.h>
函数原型:int connect(int
sockfd, const struct sockaddr *
addr, socklen_t
addrlen);
函数作用:将描述符sockfd连接到addr指定的地址。如果sockfd的type是SOCK_DGRAM(UDP ),那么addr指定的地址将成为sockfd默认发送的地址,并且只接受addr发送过来的数据。如果type是SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKET,那么尝试与addr指定的地址建立连接。connect()会为为sockfd分配一个本机地址(ip地址为本机地址,端口为随机端口)。
参数说明:
1)sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。
2)addr:同bind()函数的参数,表示要连接的服务器的地址。
3)addrlen:对应的是地址的长度。
返回值:0表示成功,-1表示错误。错误码存放在errno中。
2.5 accept()函数
头文件:<sys/socket.h>
函数原型:int accept(int
sockfd, struct sockaddr *
addr, socklen_t *
addrlen);
函数作用:将描述符sockfd连接到addr指定的地址。
参数说明:
1)sockfd:即socket描述字,它是通过socket()函数创建了,唯一标识一个socket。
2)addr:同bind()函数的参数,表示要连接的服务器的地址。
3)addrlen:对应的是地址的长度。
返回值:返回非负整形描述符为accept的socket,-1表示错误。错误码存放在errno中。
2.6 read()、write()等函数
上述为申请socket,建立连接等函数。最终通信需要调用I/O进行读写操作了,即实现了网络中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom()/sendto()
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
#include <sys/uio.h>
ssize_t readv(int fd, const struct iovec *vector, int count);
ssize_t writev(int fd, coust struct iovec *vector, int count);
#include <sys/type.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
2.7 close()函数
头文件:<unistd.h>
函数原型:int connect(int
fd);
函数作用:关闭文件描述符。
参数说明:
1)fd:需要关闭的socket。
返回值:0表示成功,-1表示错误。错误码存放在errno中。
3 socket TCP三次握手
tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:客户端向服务器发送一个SYN J
服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1
客户端再想服务器发一个确认ACK K+1
只有就完了三次握手,tcp连接的双方才能进行数据的传输。但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:
