Socket接口是TCP/IP网络的API,Socket接口定义了许多函数或例程,程序员可以用它们来开发
TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程,必须理解Socket接口。
  Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话,
就很容易了解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O,Socket也是一种文件描述符。
Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket(),该函数返回一个整型的Socket描述符,随后
的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种:流式Socket
(SOCK_STREAM)和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket,针对于面向连接
的TCP服务应用;数据报式Socket是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP服务应用。

Socket建立
  为了建立Socket,程序可以调用Socket函数,该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket
函数原型为:
  int socket(int domain, int type, int protocol);
  domain指明所使用的协议族,通常为PF_INET,表示互联网协议族(TCP/IP协议族);type参数指
定socket的类型:SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM,Socket接口还定义了原始Socket(SOCK_RAW),允许

程序使用低层协议;protocol通常赋值"0"。Socket()调用返回一个整型socket描述符,你可以在后面
的调用使用它。
  Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针,它指向描述符表入口。调用Socket函数时,
socket执行体将建立一个Socket,实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。
Socket执行体为你管理描述符表。
  两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息:通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端
主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。

Socket配置
  通过socket调用返回一个socket描述符后,在使用socket进行网络传输以前,必须配置该socket。
面向连接的socket客户端通过调用Connect函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket
的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用bind函数来配置本地信息。
Bind函数将socket与本机上的一个端口相关联,随后你就可以在该端口监听服务请求。Bind函数原型为:
  int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
  Sockfd是调用socket函数返回的socket描述符,my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信
息的sockaddr类型的指针;addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。
  struct sockaddr结构类型是用来保存socket信息的:
  struct sockaddr {
   unsigned short sa_family; / 地址族, AF_xxx /
char sa_data[14]; / 14 字节的协议地址 /
};
  sa_family一般为AF_INET,代表Internet(TCP/IP)地址族;sa_data则包含该socket的IP地址和
端口号。
  另外还有一种结构类型:
  struct sockaddr_in {
   short int sin_family; / 地址族 /
   unsigned short int sin_port; / 端口号 /
   struct in_addr sin_addr; / IP地址 /
   unsigned char sin_zero[8]; / 填充0 以保持与struct sockaddr同样大小 /
  };
  这个结构更方便使用。sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr同样的长度,
可以用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针可以相
互转换,这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时,你可以在函数调用的时候将一个指向
sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针;或者相反。
  使用bind函数时,可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口
号:
  my_addr.sin_port = 0; / 系统随机选择一个未被使用的端口号 /
  my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; / 填入本机IP地址 /
通过将my_addr.sin_port置为0,函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样,通过将
my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY,系统会自动填入本机IP地址。
注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序;而sin_addr则不需要转
换。
  计算机数据存储有两种字节优先顺序:高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节
优先顺序在网络上传输,所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器,在Internet上传输数
据时就需要进行转换,否则就会出现数据不一致。
  下面是几个字节顺序转换函数:
·htonl():把32位值从主机字节序转换成网络字节序
·htons():把16位值从主机字节序转换成网络字节序
·ntohl():把32位值从网络字节序转换成主机字节序
·ntohs():把16位值从网络字节序转换成主机字节序
  Bind()函数在成功被调用时返回0;出现错误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号。需要注意的
是,在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值,因为1到1024是保留端口号,你可以选择
大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。

连接建立
  面向连接的客户程序使用Connect函数来配置socket并与远端服务器建立一个TCP连接,其函数原型为:
  int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);
Sockfd是socket函数返回的socket描述符;serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针;addrlen是
远端地质结构的长度。Connect函数在出现错误时返回-1,并且设置errno为相应的错误码。进行客户端程
序设计无须调用bind(),因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址,而客户通过哪个端口与服务器建立
连接并不需要关心,socket执行体为你的程序自动选择一个未被占用的端口,并通知你的程序数据什么时
候到打断口。
  Connect函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程序使用socket时才需要将此socket与
远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接,它只是被动的在
协议端口监听客户的请求。
  Listen函数使socket处于被动的监听模式,并为该socket建立一个输入数据队列,将到达的服务请求
保存在此队列中,直到程序处理它们。
  int listen(int sockfd, int backlog);
Sockfd是Socket系统调用返回的socket 描述符;backlog指定在请求队列中允许的最大请求数,进入的连
接请求将在队列中等待accept()它们(参考下文)。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制,
大多数系统缺省值为20。如果一个服务请求到来时,输入队列已满,该socket将拒绝连接请求,客户将收
到一个出错信息。
当出现错误时listen函数返回-1,并置相应的errno错误码。
  accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后,服务器就调用accept函数,然后
睡眠并等待客户的连接请求。
  int accept(int sockfd, void addr, int addrlen);
  sockfd是被监听的socket描述符,addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针,该变量用来存放提出
连接请求服务的主机的信息(某台主机从某个端口发出该请求);addrten通常为一个指向值为
sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。
  首先,当accept函数监视的socket收到连接请求时,socket执行体将建立一个新的socket,执行体将这
个新socket和请求连接进程的地址联系起来,收到服务请求的初始socket仍可以继续在以前的 socket上监听,
同时可以在新的socket描述符上进行数据传输操作。

数据传输
  Send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。
  Send()函数原型为:
  int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符;msg是一个指向要发送数据的指针;Len是以字节为单位的数据
的长度;flags一般情况下置为0(关于该参数的用法可参照man手册)。
  Send()函数返回实际上发送出的字节数,可能会少于你希望发送的数据。在程序中应该将send()的返回
值与欲发送的字节数进行比较。当send()返回值与len不匹配时,应该对这种情况进行处理。
char *msg = "Hello!";
int len, bytes_sent;
……
len = strlen(msg);
bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0);
……
  recv()函数原型为:
  int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);
  Sockfd是接受数据的socket描述符;buf 是存放接收数据的缓冲区;len是缓冲的长度。Flags也被置为0。
Recv()返回实际上接收的字节数,当出现错误时,返回-1并置相应的errno值。
Sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有与远端机器
建立连接,所以在发送数据时应指明目的地址。
sendto()函数原型为:
  int sendto(int sockfd, const void msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr to, int tolen);
  该函数比send()函数多了两个参数,to表示目地机的IP地址和端口号信息,而tolen常常被赋值为
sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。
  Recvfrom()函数原型为:
  int recvfrom(int sockfd,void buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr from,int *fromlen);
  from是一个struct sockaddr类型的变量,该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为
sizeof (struct sockaddr)。当recvfrom()返回时,fromlen包含实际存入from中的数据字节数。
Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1,并置相应的errno。
如果你对数据报socket调用了connect()函数时,你也可以利用send()和recv()进行数据传输,但该socket
仍然是数据报socket,并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时,内核会自动为之加上目地和
源地址信息。

结束传输
  当所有的数据操作结束以后,你可以调用close()函数来释放该socket,从而停止在该socket上的任
何数据操作:
close(sockfd);
  你也可以调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许你只停止在某个方向上的数据传输,而
一个方向上的数据传输继续进行。如你可以关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据,直
至读入所有数据。
  int shutdown(int sockfd,int how);
  Sockfd是需要关闭的socket的描述符。参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式:
  ·0-------不允许继续接收数据
  ·1-------不允许继续发送数据
·2-------不允许继续发送和接收数据,
·均为允许则调用close ()
  shutdown在操作成功时返回0,在出现错误时返回-1并置相应errno。

面向连接的Socket实例
  代码实例中的服务器通过socket连接向客户端发送字符串"Hello, you are connected!"。只要在服务
器上运行该服务器软件,在客户端运行客户软件,客户端就会收到该字符串。
  该服务器软件代码如下:

include

include

include

include

include

include

include

include

define SERVPORT 3333 /服务器监听端口号 /

define BACKLOG 10 / 最大同时连接请求数 /

main()
{
int sockfd,client_fd; /sock_fd:监听socket;client_fd:数据传输socket /
 struct sockaddr_in my_addr; / 本机地址信息 /
 struct sockaddr_in remote_addr; / 客户端地址信息 /
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
  perror("socket创建出错!"); exit(1);
}
my_addr.sin_family=AF_INET;
 my_addr.sin_port=htons(SERVPORT);
 my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
bzero(&(my_addr.sin_zero),8);
 if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr))
   == -1) {
perror("bind出错!");
exit(1);
}
 if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) {
perror("listen出错!");
exit(1);
}
while(1) {
  sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
  if ((client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&remote_addr,
  &sin_size)) == -1) {
perror("accept出错");
continue;
}
  printf("received a connection from %sn", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr));
  if (!fork()) { / 子进程代码段 /
   if (send(client_fd, "Hello, you are connected!n", 26, 0) == -1)
   perror("send出错!");
close(client_fd);
exit(0);
}
  close(client_fd);
  }
 }
}
  服务器的工作流程是这样的:首先调用socket函数创建一个Socket,然后调用bind函数将其与
本机地址以及一个本地端口号绑定,然后调用listen在相应的socket上监听,当accpet接收到一个
连接服务请求时,将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址,并通过新的socket向客
户端发送字符串"Hello,you are connected!"。最后关闭该socket。
  代码实例中的fork()函数生成一个子进程来处理数据传输部分,fork()语句对于子进程返回的
值为0。所以包含fork函数的if语句是子进程代码部分,它与if语句后面的父进程代码部分是并发执
行的。

客户端程序代码如下:

include

include

include

include

include

include

include

include

define SERVPORT 3333

define MAXDATASIZE 100 /每次最大数据传输量 /

main(int argc, char *argv[]){
 int sockfd, recvbytes;
 char buf[MAXDATASIZE];
 struct hostent *host;
 struct sockaddr_in serv_addr;
 if (argc < 2) {
fprintf(stderr,"Please enter the server's hostname!n");
exit(1);
}
 if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL) {
herror("gethostbyname出错!");
exit(1);
}
 if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){
perror("socket创建出错!");
exit(1);
}
 serv_addr.sin_family=AF_INET;
 serv_addr.sin_port=htons(SERVPORT);
 serv_addr.sin_addr = ((struct in_addr )host->h_addr);
 bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);
 if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr,
   sizeof(struct sockaddr)) == -1) {
perror("connect出错!");
exit(1);
}
 if ((recvbytes=recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0)) ==-1) {
perror("recv出错!");
exit(1);
}
 buf[recvbytes] = '

.........................................(以下略)

最后修改:2015 年 11 月 06 日
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