Socket原理与编程基础（转）

1、Socket简介

Socket是进程通信的一种方式，即调用这个网络库的一些API函数实现分布在不一样主机的相关进程之间的数据交换。

几个定义：

（1）IP地址：即依照TCP/IP协议分配给本地主机的网络地址，两个进程要通信，任一进程首先要知道通信对方的位置，即对方的IP。

（2）端口号：用来辨别本地通信进程，一个本地的进程在通信时均会占用一个端口号，不一样的进程端口号不一样，所以在通信前必需要分配一个没有被访问的端口号。

（3）链接：指两个进程间的通信链路。

（4）半相关：网络中用一个三元组能够在全局惟一标志一个进程：

（协议，本地地址，本地端口号）

这样一个三元组，叫作一个半相关,它指定链接的每半部分。

（4）全相关：一个完整的网间进程通讯须要由两个进程组成，而且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通讯的一端用TCP协议，而另外一端用UDP协议。所以一个完整的网间通讯须要一个五元组来标识：

（协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号）

这样一个五元组，叫作一个相关（association），即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的相关，或彻底指定组成一链接。

 

2、客户/服务器模式

在TCP/IP网络应用中，通讯的两个进程间相互做用的主要模式是客户/服务器（Client/Server, C/S）模式，即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。客户/服务器模式的创建基于如下两点：

（1）首先，创建网络的原由是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等，须要共享，从而造就拥有众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等做用。

（2）其次，网间进程通讯彻底是异步的，相互通讯的进程间既不存在父子关系，又不共享内存缓冲区，所以须要一种机制为但愿通讯的进程间创建联系，为两者的数据交换提供同步，这就是基于客户/服务器模式的TCP/IP。

服务器端：

其过程是首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应服务：

（1）打开一通讯通道并告知本地主机，它愿意在某一公认地址上的某端口（如FTP的端口可能为21）接收客户请求；

（2）等待客户请求到达该端口；

（3）接收到客户端的服务请求时，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一新进程来处理这个客户请求（如UNIX系统中用fork、exec）。新进程处理此客户请求，并不须要对其它请求做出应答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通讯链路，并终止。

（4）返回第（2）步，等待另外一客户请求。

（5）关闭服务器

客户端：

（1）打开一通讯通道，并链接到服务器所在主机的特定端口；

（2）向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求......

（3）请求结束后关闭通讯通道并终止。

 

从上面所描述过程可知：

（1）客户与服务器进程的做用是非对称的，所以代码不一样。

（2）服务器进程通常是先启动的。只要系统运行，该服务进程一直存在，直到正常或强迫终止。

 

介绍完基础知识，下面就介绍一些API函数：

 

建立套接字──socket()

应用程序在使用套接字前，首先必须拥有一个套接字，系统调用socket()向应用程序提供建立套接字的手段，其调用格式以下：

 

SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol);

 

该调用要接收三个参数：af、type、protocol。参数af指定通讯发生的区域：AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等，而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET，它是网际网区域。所以，地址族与协议族相同。参数type 描述要创建的套接字的类型。这里分三种：

（1）一是TCP流式套接字(SOCK_STREAM)提供了一个面向链接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。内设流量控制，避免数据流超限；数据被看做是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即便用流式套接字。

（2）二是数据报式套接字(SOCK_DGRAM)提供了一个无链接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，而且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。

（3）三是原始式套接字(SOCK_RAW)该接口容许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。经常使用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。

参数protocol说明该套接字使用的特定协议，若是调用者不但愿特别指定使用的协议，则置为0，使用默认的链接模式。根据这三个参数创建一个套接字，并将相应的资源分配给它，同时返回一个整型套接字号。所以，socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。

 

指定本地地址──bind()

当一个套接字用socket()建立后，存在一个名字空间(地址族)，但它没有被命名。bind()将套接字地址（包括本地主机地址和本地端口地址）与所建立的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字，以指定本地半相关。其调用格式以下：

 

int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

 

参数s是由socket()调用返回的而且未做链接的套接字描述符(套接字号)。参数name 是赋给套接字s的本地地址（名字），其长度可变，结构随通讯域的不一样而不一样。namelen代表了name的长度。若是没有错误发生，bind()返回0。不然返回SOCKET_ERROR。

 

创建套接字链接──connect()与accept()

这两个系统调用用于完成一个完整相关的创建，其中connect()用于创建链接。accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际链接。

 

connect()的调用格式以下：

 

int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

 

参数s是欲创建链接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen说明。

 

若是没有错误发生，connect()返回0。不然返回值SOCKET_ERROR。在面向链接的协议中，该调用致使本地系统和外部系统之间链接实际创建。

 

因为地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中，并经过socket()调用与某个协议族相关。所以bind()和connect()无须协议做为参数。

 

accept()的调用格式以下：

 

SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);

 

参数s为本地套接字描述符，在用作accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针，用来接收链接实体的地址。addr的确切格式由套接字建立时创建的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度（字节数）。若是没有错误发生，accept()返回一个SOCKET类型的值，表示接收到的套接字的描述符。不然返回值INVALID_SOCKET。

 

accept()用于面向链接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前，参数addr 指向一个初始值为空的地址结构，而addrlen 的初始值为0；调用accept()后，服务器等待从编号为s的套接字上接受客户链接请求，而链接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有链接请求到达时，accept()调用将请求链接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen，并建立一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。

 

四个套接字系统调用，socket()、bind()、connect()、accept()，能够完成一个彻底五元相关的创建。socket()指定五元组中的协议元，它的用法与是否为客户或服务器、是否面向链接无关。bind()指定五元组中的本地二元，即本地主机地址和端口号，其用法与是否面向链接有关：在服务器方，不管是否面向链接，均要调用bind()，若采用面向链接，则能够不调用bind()，而经过connect()自动完成。若采用无链接，客户方必须使用bind()以得到一个惟一的地址。

 

监听链接──listen()

此调用用于面向链接服务器，代表它愿意接收链接。listen()需在accept()以前调用，其调用格式以下：

 

int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

 

参数s标识一个本地已创建、还没有链接的套接字号，服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求链接队列的最大长度，用于限制排队请求的个数，目前容许的最大值为5。若是没有错误发生，listen()返回0。不然它返回SOCKET_ERROR。

 

listen()在执行调用过程当中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的链接，并创建长度为backlog的请求链接队列。

 

调用listen()是服务器接收一个链接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流套接字，且调用bind()给s赋于一个名字以后调用，并且必定要在accept()以前调用。

 

数据传输──send()与recv()

当一个链接创建之后，就能够传输数据了。经常使用的系统调用有send()和recv()。

send()调用用于s指定的已链接的数据报或流套接字上发送输出数据，格式以下：

 

int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);

 

参数s为已链接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否发送带外数据等。若是没有错误发生，send()返回总共发送的字节数。不然它返回SOCKET_ERROR。

recv()调用用于s指定的已链接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式以下：

 

int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);

 

参数s 为已链接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否接收带外数据等。若是没有错误发生，recv()返回总共接收的字节数。若是链接被关闭，返回0。不然它返回SOCKET_ERROR。

 

输入/输出多路复用──select()

select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每个套接字来讲，这个调用能够请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结构指示。在返回时，此结构被更新，以反映那些知足特定条件的套接字的子集，同时， select()调用返回知足条件的套接字的数目，其调用格式以下：

 

int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);

 

参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域，此变量通常被忽略。

 

参数readfds指向要作读检测的套接字描述符集合的指针，调用者但愿从中读取数据。参数writefds 指向要作写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout指向select()函数等待的最大时间，若是设为NULL则为阻塞操做。select()返回包含在fd_set结构中已准备好的套接字描述符的总数目，或者是发生错误则返回SOCKET_ERROR。

 

关闭套接字──closesocket()

closesocket()关闭套接字s，并释放分配给该套接字的资源；若是s涉及一个打开的TCP链接，则该链接被释放。closesocket()的调用格式以下：

 

BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);

 

参数s待关闭的套接字描述符。若是没有错误发生，closesocket()返回0。不然返回值SOCKET_ERROR。