SOCKET原理

部分内容摘自网络:http://www.2cto.com/net/201211/166537.html


3.1套接字(socket)概念
    套接字(socket)是通信的基石,是支持TCP/IP协议的网络通信的基本操作单元。它是网络通信过程中端点的抽象表示,包含进行网络通信必须的五种信息:连接使用的协议,本地主机的IP地址,本地进程的协议端口,远地主机的IP地址,远地进程的协议端口。
    应用层通过传输层进行数据通信时,TCP会遇到同时为多个应用程序进程提供并发服务的问题。多个TCP连接或多个应用程序进程可能需要通过同一个 TCP协议端口传输数据。区分不同应用程序进程间的网络通信和连接,主要有3个参数:通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号。为了区别不同的应用程序进程和连接,许多计算机操作系统为应用程序与TCP/IP协议交互提供了套接字(Socket)接口。应用层可以和传输层通过Socket接口,区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信,实现数据传输的并发服务。

3.2 建立socket连接
 建立Socket连接至少需要一对套接字,其中一个运行于客户端,称为ClientSocket ,另一个运行于服务器端,称为ServerSocket 。
套接字之间的连接过程分为三个步骤:服务器监听,客户端请求,连接确认。
服务器监听:服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字,而是处于等待连接的状态,实时监控网络状态,等待客户端的连接请求。
客户端请求:指客户端的套接字提出连接请求,要连接的目标是服务器端的套接字。为此,客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字,指出服务器端套接字的地址和端口号,然后就向服务器端套接字提出连接请求。
连接确认:当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求时,就响应客户端套接字的请求,建立一个新的线程,把服务器端套接字的描述发给客户端,一旦客户端确认了此描述,双方就正式建立连接。而服务器端套接字继续处于监听状态,继续接收其他客户端套接字的连接请求。

### Socket 工作原理详解 #### 创建 Socket 描述符 Socket 的创建始于调用 `socket()` 函数,这一步类似于文件系统的打开操作。`socket()` 返回一个唯一的 socket 描述符 (socket descriptor),用于标识新创建的 socket 连接[^2]。 ```c int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); ``` 这段代码展示了如何创建一个新的 TCP 型 socket,其中 AF_INET 表明使用 IPv4 地址族,SOCK_STREAM 则指定了流式套接字类型。 #### 绑定 IP 和端口号 一旦有了 socket 描述符,下一步通常是绑定本地网络地址(IP 地址和端口号)。这是通过 `bind()` 函数完成的: ```c struct sockaddr_in server_addr; server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(PORT_NUMBER); server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr))<0){ perror("Bind failed"); } ``` 这里配置了服务器监听的具体端口 PORT_NUMBER 并绑定了任意可用的本地 IP 地址(INADDR_ANY)[^3]。 #### 开始监听连接请求 对于服务端程序,在成功绑定之后会进入监听状态等待客户端发起连接请求。此时可以调用 `listen()` 来设置最大排队队列长度并准备接受新的连接。 ```c if(listen(sockfd, BACKLOG)<0){ //BACKLOG表示允许的最大未处理连接数 perror("Listen failed"); } ``` 当有来自客户端的新连接到达时,可以通过 `accept()` 接受这些连接,并获得与特定客户机关联的新 socket 文件描述符。 #### 数据交换过程 无论是客户端还是服务端,在建立好连接后就可以利用标准输入输出函数如 `read()/recv()` 或者 `write()/send()` 对数据进行收发操作。例如发送消息给对方可以用下面的方式实现: ```c char *message="Hello from Server"; send(new_sockfd,message,strlen(message),0); //new_sockfd是由 accept 得到的新连接对应的文件描述符 ``` 接收消息则相反,先准备好缓冲区再读取传入的数据包直到遇到结束标志或者达到预设大小限制为止。 #### 断开连接 最后不要忘记清理资源,关闭不再使用的 socket 链接以释放系统资源。这同样遵循 Unix 下的一般原则——任何被 open 的东西最终都需要 close。 ```c close(sockfd); ``` 以上便是整个 socket 编程中的典型流程概述,从初始化到最后终止都严格依照上述步骤执行即可构建稳定可靠的网络应用程序[^4]。
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