C 套接字

套接字函数

1 创建套接字──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()向应用程序提供创建套接字的手段，
 
其调用格式如下：
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指定通信发生的区域：AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等，而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET，它是网际网区域。因此，地址族与协议族相同。参数type 描述要建立的套接字的类型。
 
这里分三种：
（1）一是TCP流式套接字(SOCK_STREAM)提供了一个面向连接、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；数据被看作是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即使用流式套接字。
（2）二是数据报式套接字(SOCK_DGRAM)提供了一个无连接服务。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，并且接收顺序混乱。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)该接口允许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。常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，如果调用者不希望特别指定使用的协议，则置为0，使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字，并将相应的资源分配给它，同时返回一个整型套接字号。因此，socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。

2 指定本地地址──bind() 

当一个套接字用socket()创建后，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）与所创建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。
 
其调用格式如下：
int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);
 
参数s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(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，结构随通信域的不同而不同。namelen表明了name的长度。如果没有错误发生，bind()返回0。否则返回SOCKET_ERROR。

3 建立套接字连接──connect()与accept()

这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立，其中connect()用于建立连接。accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。

connect()的调用格式如下：
int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

参数s是欲建立连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。
如果没有错误发生，connect()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中，该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。
由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中，并通过socket()调用与某个协议族相关。因此bind()和connect()无须协议作为参数。

accept()的调用格式如下：
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，在用做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，用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度（字节数）。如果没有错误发生，accept()返回一个SOCKET类型的值，表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。

accept()用于面向连接服务器。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连接请求，而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时，accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen，并创建一个与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()，可以完成一个完全五元相关的建立。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、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元，即本地主机地址和端口号，其用法与是否面向连接有关：在服务器方，无论是否面向连接，均要调用bind()，若采用面向连接，则可以不调用bind()，而通过connect()自动完成。若采用无连接，客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。

4 监听连接──listen() 

此调用用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用，
 
其调用格式如下：
int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号，服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求连接队列的最大长度，用于限制排队请求的个数，目前允许的最大值为5。如果没有错误发生，listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。
listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的连接，并建立长度为backlog的请求连接队列。
调用listen()是服务器接收一个连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赋于一个名字之后调用，而且一定要在accept()之前调用。

5 数据传输──send()与recv() 

当一个连接建立以后，就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。
send()调用用于s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据，格式如下：

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

参数s为已连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。如果没有错误发生，send()返回总共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。

recv()调用用于s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式如下：

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

参数s 为已连接的套接字描述符。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。如果没有错误发生，recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭，返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

6 关闭套接字──close

close()关闭套接字s，并释放分配给该套接字的资源；如果s涉及一个打开的TCP连接，则该连接被释放。
 

TCP套接字编程实例

本例是利用以上基本函数编写的一个完整的TCP客户/服务器程序。完成一个回射服务器的功能：
（1）客户从标准输入读入一行文本，并写给服务器；
（2）服务器从网络读入这行文本，并回射给客户；
（3）客户从网络输入读入这行文本，并显示在标准输出上。 
实现流程如下图：
 
注：服务器接收到的客户链接，创建子进程处理操作；

config.h

/*
 * config.h 包含该tcp/ip套接字编程所需要的基本头文件，与server.c client.c位于同一目录下
*/
 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
 
const int MAX_LINE = 2048;
const int PORT = 6000;
const int BACKLOG = 10;
const int LISTENQ = 6666;
const int MAX_CONNECT = 20;

server.c

/*
 * server.c为服务器端代码
*/
 
#include "config.h"
 
int main(int argc , char **argv)
{
    /*声明服务器地址和客户链接地址*/
    struct sockaddr_in servaddr , cliaddr;
 
    /*声明服务器监听套接字和客户端链接套接字*/
    int listenfd , connfd;
    pid_t childpid;
 
    /*声明缓冲区*/
    char buf[MAX_LINE];
 
    socklen_t clilen;
 
    /*(1) 初始化监听套接字listenfd*/
    if((listenfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) < 0)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }//if
 
    /*(2) 设置服务器sockaddr_in结构*/
    bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
 
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //表明可接受任意IP地址
    servaddr.sin_port = htons(PORT);
 
    /*(3) 绑定套接字和端口*/
    if(bind(listenfd , (struct sockaddr*)&servaddr , sizeof(servaddr)) < 0)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }//if
 
    /*(4) 监听客户请求*/
    if(listen(listenfd , LISTENQ) < 0)
    {
        perror("listen error");
        exit(1);
    }//if
 
    /*(5) 接受客户请求*/
    for( ; ; )
    {
        clilen = sizeof(cliaddr);
        if((connfd = accept(listenfd , (struct sockaddr *)&cliaddr , &clilen)) < 0 )
        {
            perror("accept error");
            exit(1);
        }//if
 
        //新建子进程单独处理链接
        if((childpid = fork()) == 0) 
        {
            close(listenfd);
            //str_echo
            ssize_t n;
            char buff[MAX_LINE];
            while((n = read(connfd , buff , MAX_LINE)) > 0)
            {
                write(connfd , buff , n);
            }
            exit(0);
        }//if
        close(connfd);
    }//for
    
    /*(6) 关闭监听套接字*/
    close(listenfd);
}

client.c

/*
 * client.c为客户端代码
*/
 
#include "config.h"
 
/*readline函数实现*/
ssize_t readline(int fd, char *vptr, size_t maxlen)
{
    ssize_t    n, rc;
    char    c, *ptr;
 
    ptr = vptr;
    for (n = 1; n < maxlen; n++) {
        if ( (rc = read(fd, &c,1)) == 1) {
            *ptr++ = c;
            if (c == '
')
                break;    /* newline is stored, like fgets() */
        } else if (rc == 0) {
            *ptr = 0;
            return(n - 1);    /* EOF, n - 1 bytes were read */
        } else
            return(-1);        /* error, errno set by read() */
    }
 
    *ptr = 0;    /* null terminate like fgets() */
    return(n);
}
 
 
int main(int argc , char ** argv)
{
    /*声明套接字和链接服务器地址*/
    int sockfd;
    struct sockaddr_in servaddr;
 
    /*判断是否为合法输入*/
    if(argc != 2)
    {
        perror("usage:tcpcli <IPaddress>");
        exit(1);
    }//if
 
    /*(1) 创建套接字*/
    if((sockfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0)) == -1)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }//if
 
    /*(2) 设置链接服务器地址结构*/
    bzero(&servaddr , sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(PORT);
    if(inet_pton(AF_INET , argv[1] , &servaddr.sin_addr) < 0)
    {
        printf("inet_pton error for %s
",argv[1]);
        exit(1);
    }//if
 
    /*(3) 发送链接服务器请求*/
    if( connect(sockfd , (struct sockaddr *)&servaddr , sizeof(servaddr)) < 0)
    {
        perror("connect error");
        exit(1);
    }//if
 
    /*(4) 消息处理*/
    char sendline[MAX_LINE] , recvline[MAX_LINE];
    while(fgets(sendline , MAX_LINE , stdin) != NULL)    
    {
        write(sockfd , sendline , strlen(sendline));
 
        if(readline(sockfd , recvline , MAX_LINE) == 0)
        {
            perror("server terminated prematurely");
            exit(1);
        }//if
 
        if(fputs(recvline , stdout) == EOF)
        {
            perror("fputs error");
            exit(1);
        }//if
    }//while
 
    /*(5) 关闭套接字*/
    close(sockfd);
}

运行结果

 
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