socket是對(duì)TCP/IP協(xié)議族的封裝待锈，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)編程開發(fā)人員提供可用的接口漠其，可以說，任何網(wǎng)絡(luò)編程都離不開socket,要想熟練運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)竿音，必須掌握socketAPI.本篇文章便是對(duì)socketAPI的介紹.
套接字地址結(jié)構(gòu)
IPV4套接字地址結(jié)構(gòu)
typedef __uint32_t in_addr_t;
struct in_addr {
in_addr_t s_addr; /* 32位的IP地址 */
}; /* 網(wǎng)絡(luò)子節(jié)序 */
struct sockaddr_in {
__uint8_t sin_len; /* 結(jié)構(gòu)體的長(zhǎng)度 */
sa_family_t sin_family; /* AF_INET協(xié)議族 */
in_port_t sin_port; /* 16位的端口號(hào),網(wǎng)絡(luò)子節(jié)序 */
struct in_addr sin_addr; /* 32位IP地址 */
char sin_zero[8]; /* unused */
};
- 長(zhǎng)度字段sin_len表示struct sockaddr_in的長(zhǎng)度和屎，在使用的時(shí)候，并不是必須顯示的對(duì)該字段賦值,它是一個(gè)無符號(hào)8位整形春瞬，即unsigned char類型
- sin_family是一個(gè)_uint8_t類型柴信，表示套接字地址結(jié)構(gòu)的協(xié)議族，比如AF_INET表示internet協(xié)議族宽气。
- sin_port 是一個(gè)_unint16_t十六位無符號(hào)整形随常，表示TCP協(xié)議中的端口號(hào), 是網(wǎng)絡(luò)子節(jié)序。
- sin_addr 是一個(gè)32位無符號(hào)整形的IP地址抹竹，將它設(shè)置成結(jié)構(gòu)體類型线罕，是為了考慮內(nèi)存對(duì)齊.
- sin_zero字段止潮，也不需要顯示設(shè)置窃判，基本不用.
通用套接字地址結(jié)構(gòu)
strict sockaddr{
__uint8_t ss_len;
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
}
當(dāng)套接字地址結(jié)構(gòu)作為一個(gè)參數(shù)傳遞進(jìn)任何套接字函數(shù)時(shí)，套接字地址結(jié)構(gòu)總是以指針的形式來傳遞喇闸，然而以這樣的指針作為參數(shù)之一的任何套接字函數(shù)袄琳，必須處理來自任何協(xié)議族的套接字地址結(jié)構(gòu)询件。因此ANSIC便創(chuàng)造了通用套接字地址結(jié)構(gòu)，當(dāng)時(shí)候IPV4套接字地址結(jié)構(gòu)傳遞時(shí)唆樊，需要進(jìn)行強(qiáng)制轉(zhuǎn)換.
套接字函數(shù)
socket函數(shù)
#inclucde<sys/socket.h>
int socket(int family,int type,int protocol);
- socket函數(shù)在成功時(shí)宛琅，返回一個(gè)非負(fù)整數(shù)，稱之為套接字描述符逗旁，失敗時(shí)返回一個(gè)負(fù)數(shù)嘿辟，錯(cuò)誤信息在error中.
- family表示協(xié)議族，比如AF_INET表示IPV4協(xié)議片效，AF_INET6表示IPV6協(xié)議红伦，AF_LOCAL表示Unix表示域協(xié)議等.
- type表示套接字類型,SOCK_STREAM表示TCP套接字,SOCK_DGRAM表示數(shù)據(jù)報(bào)套接字(UDP).protocol一般設(shè)置為0表示family和type組合的系統(tǒng)默認(rèn)值.
connection函數(shù)
#include<sys/socket.h>
int connection(int sockfd,const struct *sockaddr,socklen_t addrlen);
- sockfd是一個(gè)套接字描述符，由socket函數(shù)指定,第二個(gè)和第三個(gè)參數(shù)分別指定套接字結(jié)構(gòu)和套接字的長(zhǎng)度.sockaddr必須包含服務(wù)端的IP地址和端口號(hào).
- TCP客戶端用connection函數(shù)來建立與TCP服務(wù)端的連接淀衣，因此connection函數(shù)是一個(gè)客戶端使用的函數(shù),如果是TCP套接字昙读，調(diào)用connection函數(shù)將激發(fā)TCP的三次握手過程,只有當(dāng)建立成功或者是失敗時(shí)該函數(shù)才返回，因此膨桥，在連接過程中蛮浑，程序時(shí)阻塞的.
- 客戶程序調(diào)用connection內(nèi)核會(huì)確定客戶端的IP地址，并且會(huì)分配一個(gè)臨時(shí)端口號(hào).作為源端口.
- 錯(cuò)誤信息有以下幾種情況
1.若TCP客戶沒有收到SYN分節(jié)的響應(yīng)只嚣，則會(huì)返回ETIMEDOUT錯(cuò)誤沮稚，舉例來說，4.4BSD內(nèi)核發(fā)送一個(gè)SYN,如果沒有響應(yīng)册舞，則等待6s再發(fā)送一個(gè)壮虫，如果還沒有響應(yīng)，則等待24秒發(fā)送一個(gè)环础，若總共等待了75秒還沒有響應(yīng)則返回ETIMEOUT錯(cuò)誤.
2.若對(duì)客戶的SYN的響應(yīng)是RST(復(fù)位)囚似，則表明該服務(wù)器主機(jī)，在指定的端口沒有進(jìn)程线得，等待連接（比如服務(wù)器進(jìn)程未運(yùn)行）,這是一種硬錯(cuò)誤饶唤，客戶一接收到RST則立馬返回ECONNREFUSED.
3.若客戶發(fā)出的SYN在中間的某個(gè)路由器上引發(fā)了一個(gè)destination unreachable的ICMP錯(cuò)誤，該錯(cuò)誤會(huì)保存在內(nèi)核中贯钩，然后會(huì)按照第一種情況來處理募狂，如果，75秒還是沒有響應(yīng)角雷，則返回EHOSTUNREACH - 當(dāng)connection函數(shù)返回失敗后必須關(guān)閉當(dāng)前套接字描述符,并重新調(diào)用socket,然后重新連接.
bind函數(shù)
#include<sys/socket.h>
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr,sickle_t addrlen);
- bind函數(shù)通常用于設(shè)置本機(jī)的地址和端口號(hào)祸穷，對(duì)于客戶端來說，不一定必須調(diào)用該函數(shù)勺三，如果不調(diào)用該函數(shù)雷滚，客戶端在和服務(wù)端通信的時(shí)候，會(huì)讀取本機(jī)的地址和設(shè)置一個(gè)臨時(shí)的端口號(hào)吗坚，和服務(wù)器通信祈远。
- 服務(wù)端需要調(diào)用該函數(shù)呆万，本機(jī)的地址通常設(shè)置為INADDR_ANY,表示內(nèi)核自己設(shè)置本機(jī)IP,通常要明確設(shè)置端口號(hào)，不設(shè)置端口號(hào)是很罕見的车份。bind函數(shù)返回的一個(gè)常見的錯(cuò)誤是:EADDRINUSE(端口地址被占用).
listen函數(shù)
#include<sys/socket.h>
int listen(ins sockfd,int backlog);
- listen函數(shù)僅由TCP服務(wù)器調(diào)用,當(dāng)socket函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)套接字描述符時(shí)谋减，它被假設(shè)為一個(gè)主動(dòng)套接字，即它將調(diào)用connect函數(shù)扫沼，listen函數(shù)把一個(gè)未連接的套接字出爹，轉(zhuǎn)換成一個(gè)被動(dòng)套接字，它指示內(nèi)核應(yīng)該接受連接請(qǐng)求缎除，到接字狀態(tài)從CLOSED狀態(tài)轉(zhuǎn)換成LISTEN狀態(tài).
- backlog規(guī)定了內(nèi)核應(yīng)為相應(yīng)套接字排隊(duì)的最大連接數(shù).
- 內(nèi)核為任何一個(gè)給定的監(jiān)聽套接字維護(hù)了兩個(gè)隊(duì)列:
(1)未完成連接隊(duì)列,當(dāng)客戶程序以政，發(fā)送請(qǐng)求連接(第一次握手)到達(dá)時(shí),內(nèi)核會(huì)將這個(gè)過程放入該隊(duì)列
(2)已完成連接隊(duì)列，當(dāng)客戶程序完成了三次握手時(shí)伴找，內(nèi)核會(huì)將未完成隊(duì)列移到已完成隊(duì)列中去.以上的處理盈蛮，是內(nèi)核處理，服務(wù)器的進(jìn)程無需插手.當(dāng)服務(wù)器進(jìn)程調(diào)用accept時(shí)技矮，內(nèi)核會(huì)將已完成隊(duì)列的對(duì)頭的信息抖誉，返回給進(jìn)程，如果該隊(duì)列為空衰倦，進(jìn)程會(huì)進(jìn)入睡眠(阻塞),直到有隊(duì)列不為空才返回. - backlog表示未連接隊(duì)列和已連接隊(duì)列之和的最大值袒炉，注意!不要將backlog設(shè)置為0.
accept函數(shù)
#include<sys/socket.h>
int accept(int sockfd,struct sockaddr * clientaddr,socklen_t *addrlen);
- accept由服務(wù)器調(diào)用，如果accept返回成功樊零，其返回值是由內(nèi)核自動(dòng)生成的一個(gè)全新描述符我磁，代表與客戶端的TCP連接(此時(shí)連接已經(jīng)完成了，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)交互了),比如我們要發(fā)送數(shù)據(jù)驻襟，則調(diào)用write(fd,buffer,strlen(buffer));此處的fd便是由accept返回的夺艰，他就是一個(gè)連接區(qū)分TCP連接的標(biāo)記(不然服務(wù)器怎么知道把數(shù)據(jù)返回給哪個(gè)socket連接).
- 此函數(shù)最多返回三個(gè)值，一個(gè)是函數(shù)的返回值沉衣，clidetaddr是一個(gè)指針類型的郁副，因此傳一個(gè)地址過去，clientaddr便會(huì)返回客戶端的套接字地址結(jié)構(gòu)信息豌习，比如客戶端的ip地址和端口號(hào)存谎，addrlen表示客戶端套接字地址結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度,如果對(duì)客戶端的地址結(jié)構(gòu)不敢興趣，第二個(gè)參數(shù)和第三個(gè)參數(shù)可以傳NULL.
總結(jié)
本文對(duì)tcp套接字的API的各個(gè)函數(shù)進(jìn)行了介紹肥隆，上面介紹的函數(shù)是理解TCP套接字編程的基礎(chǔ)既荚，下一篇文章，將會(huì)運(yùn)用本章所介紹的函數(shù)栋艳，編寫一個(gè)客戶服務(wù)端程序.
