Socket接口是TCP/IP網絡的API,Socket接口定義了許多函數或例程,程序員可以用它們來開發
TCP/IP網絡上的應用程序。要學Internet上的TCP/IP網絡編程,必須理解Socket接口。 Socket接口設計者最先是將接口放在Unix操作系統裏面的。如果瞭解Unix系統的輸入和輸出的話, 就很容易瞭解Socket了。網絡的Socket數據傳輸是一種特殊的I/O,Socket也是一種文件描述符。 Socket也具有一個類似於打開文件的函數調用Socket(),該函數返回一個整型的Socket描述符,隨後 的連接建立、數據傳輸等操作都是通過該Socket實現的。常用的Socket類型有兩種:流式Socket (SOCK_STREAM)和數據報式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一種面向連接的Socket,針對於面向連接 的TCP服務應用;數據報式Socket是一種無連接的Socket,對應於無連接的UDP服務應用。 Socket建立 爲了建立Socket,程序可以調用Socket函數,該函數返回一個類似於文件描述符的句柄。socket 函數原型爲: int socket(int domain, int type, int protocol); domain指明所使用的協議族,通常爲PF_INET,表示互聯網協議族(TCP/IP協議族);type參數指 定socket的類型:SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM,Socket接口還定義了原始Socket(SOCK_RAW),允許 程序使用低層協議;protocol通常賦值"0"。Socket()調用返回一個整型socket描述符,你可以在後面 的調用使用它。 Socket描述符是一個指向內部數據結構的指針,它指向描述符表入口。調用Socket函數時, socket執行體將建立一個Socket,實際上"建立一個Socket"意味着爲一個Socket數據結構分配存儲空間。 Socket執行體爲你管理描述符表。 兩個網絡程序之間的一個網絡連接包括五種信息:通信協議、本地協議地址、本地主機端口、遠端 主機地址和遠端協議端口。Socket數據結構中包含這五種信息。 Socket配置 通過socket調用返回一個socket描述符後,在使用socket進行網絡傳輸以前,必須配置該socket。 面向連接的socket客戶端通過調用Connect函數在socket數據結構中保存本地和遠端信息。無連接socket 的客戶端和服務端以及面向連接socket的服務端通過調用bind函數來配置本地信息。 Bind函數將socket與本機上的一個端口相關聯,隨後你就可以在該端口監聽服務請求。Bind函數原型爲: int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen); Sockfd是調用socket函數返回的socket描述符,my_addr是一個指向包含有本機IP地址及端口號等信 息的sockaddr類型的指針;addrlen常被設置爲sizeof(struct sockaddr)。 struct sockaddr結構類型是用來保存socket信息的: struct sockaddr { unsigned short sa_family; /* 地址族, AF_xxx */ char sa_data[14]; /* 14 字節的協議地址 */ }; sa_family一般爲AF_INET,代表Internet(TCP/IP)地址族;sa_data則包含該socket的IP地址和 端口號。 另外還有一種結構類型: struct sockaddr_in { short int sin_family; /* 地址族 */ unsigned short int sin_port; /* 端口號 */ struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */ unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持與struct sockaddr同樣大小 */ }; 這個結構更方便使用。sin_zero用來將sockaddr_in結構填充到與struct sockaddr同樣的長度, 可以用bzero()或memset()函數將其置爲零。指向sockaddr_in 的指針和指向sockaddr的指針可以相 互轉換,這意味着如果一個函數所需參數類型是sockaddr時,你可以在函數調用的時候將一個指向 sockaddr_in的指針轉換爲指向sockaddr的指針;或者相反。 使用bind函數時,可以用下面的賦值實現自動獲得本機IP地址和隨機獲取一個沒有被佔用的端口 號: my_addr.sin_port = 0; /* 系統隨機選擇一個未被使用的端口號 */ my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本機IP地址 */ 通過將my_addr.sin_port置爲0,函數會自動爲你選擇一個未佔用的端口來使用。同樣,通過將 my_addr.sin_addr.s_addr置爲INADDR_ANY,系統會自動填入本機IP地址。 注意在使用bind函數是需要將sin_port和sin_addr轉換成爲網絡字節優先順序;而sin_addr則不需要轉 換。 計算機數據存儲有兩種字節優先順序:高位字節優先和低位字節優先。Internet上數據以高位字節 優先順序在網絡上傳輸,所以對於在內部是以低位字節優先方式存儲數據的機器,在Internet上傳輸數 據時就需要進行轉換,否則就會出現數據不一致。 下面是幾個字節順序轉換函數: ·htonl():把32位值從主機字節序轉換成網絡字節序 ·htons():把16位值從主機字節序轉換成網絡字節序 ·ntohl():把32位值從網絡字節序轉換成主機字節序 ·ntohs():把16位值從網絡字節序轉換成主機字節序 Bind()函數在成功被調用時返回0;出現錯誤時返回"-1"並將errno置爲相應的錯誤號。需要注意的 是,在調用bind函數時一般不要將端口號置爲小於1024的值,因爲1到1024是保留端口號,你可以選擇 大於1024中的任何一個沒有被佔用的端口號。 連接建立 面向連接的客戶程序使用Connect函數來配置socket並與遠端服務器建立一個TCP連接,其函數原型爲: int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen); Sockfd是socket函數返回的socket描述符;serv_addr是包含遠端主機IP地址和端口號的指針;addrlen是 遠端地質結構的長度。Connect函數在出現錯誤時返回-1,並且設置errno爲相應的錯誤碼。進行客戶端程 序設計無須調用bind(),因爲這種情況下只需知道目的機器的IP地址,而客戶通過哪個端口與服務器建立 連接並不需要關心,socket執行體爲你的程序自動選擇一個未被佔用的端口,並通知你的程序數據什麼時 候到打斷口。 Connect函數啓動和遠端主機的直接連接。只有面向連接的客戶程序使用socket時才需要將此socket與 遠端主機相連。無連接協議從不建立直接連接。面向連接的服務器也從不啓動一個連接,它只是被動的在 協議端口監聽客戶的請求。 Listen函數使socket處於被動的監聽模式,併爲該socket建立一個輸入數據隊列,將到達的服務請求 保存在此隊列中,直到程序處理它們。 int listen(int sockfd, int backlog); Sockfd是Socket系統調用返回的socket 描述符;backlog指定在請求隊列中允許的最大請求數,進入的連 接請求將在隊列中等待accept()它們(參考下文)。Backlog對隊列中等待服務的請求的數目進行了限制, 大多數系統缺省值爲20。如果一個服務請求到來時,輸入隊列已滿,該socket將拒絕連接請求,客戶將收 到一個出錯信息。 當出現錯誤時listen函數返回-1,並置相應的errno錯誤碼。 accept()函數讓服務器接收客戶的連接請求。在建立好輸入隊列後,服務器就調用accept函數,然後 睡眠並等待客戶的連接請求。 int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen); sockfd是被監聽的socket描述符,addr通常是一個指向sockaddr_in變量的指針,該變量用來存放提出 連接請求服務的主機的信息(某臺主機從某個端口發出該請求);addrten通常爲一個指向值爲 sizeof(struct sockaddr_in)的整型指針變量。出現錯誤時accept函數返回-1並置相應的errno值。 首先,當accept函數監視的socket收到連接請求時,socket執行體將建立一個新的socket,執行體將這 個新socket和請求連接進程的地址聯繫起來,收到服務請求的初始socket仍可以繼續在以前的 socket上監聽, 同時可以在新的socket描述符上進行數據傳輸操作。 數據傳輸 Send()和recv()這兩個函數用於面向連接的socket上進行數據傳輸。 Send()函數原型爲: int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); Sockfd是你想用來傳輸數據的socket描述符;msg是一個指向要發送數據的指針;Len是以字節爲單位的數據 的長度;flags一般情況下置爲0(關於該參數的用法可參照man手冊)。 Send()函數返回實際上發送出的字節數,可能會少於你希望發送的數據。在程序中應該將send()的返回 值與欲發送的字節數進行比較。當send()返回值與len不匹配時,應該對這種情況進行處理。 char *msg = "Hello!"; int len, bytes_sent; …… len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0); …… recv()函數原型爲: int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags); Sockfd是接受數據的socket描述符;buf 是存放接收數據的緩衝區;len是緩衝的長度。Flags也被置爲0。 Recv()返回實際上接收的字節數,當出現錯誤時,返回-1並置相應的errno值。 Sendto()和recvfrom()用於在無連接的數據報socket方式下進行數據傳輸。由於本地socket並沒有與遠端機器 建立連接,所以在發送數據時應指明目的地址。 sendto()函數原型爲: int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen); 該函數比send()函數多了兩個參數,to表示目地機的IP地址和端口號信息,而tolen常常被賦值爲 sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函數也返回實際發送的數據字節長度或在出現發送錯誤時返回-1。 Recvfrom()函數原型爲: int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen); from是一個struct sockaddr類型的變量,該變量保存源機的IP地址及端口號。fromlen常置爲 sizeof (struct sockaddr)。當recvfrom()返回時,fromlen包含實際存入from中的數據字節數。 Recvfrom()函數返回接收到的字節數或當出現錯誤時返回-1,並置相應的errno。 如果你對數據報socket調用了connect()函數時,你也可以利用send()和recv()進行數據傳輸,但該socket 仍然是數據報socket,並且利用傳輸層的UDP服務。但在發送或接收數據報時,內核會自動爲之加上目地和 源地址信息。 結束傳輸 當所有的數據操作結束以後,你可以調用close()函數來釋放該socket,從而停止在該socket上的任 何數據操作: close(sockfd); 你也可以調用shutdown()函數來關閉該socket。該函數允許你只停止在某個方向上的數據傳輸,而 一個方向上的數據傳輸繼續進行。如你可以關閉某socket的寫操作而允許繼續在該socket上接受數據,直 至讀入所有數據。 int shutdown(int sockfd,int how); Sockfd是需要關閉的socket的描述符。參數 how允許爲shutdown操作選擇以下幾種方式: ·0-------不允許繼續接收數據 ·1-------不允許繼續發送數據 ·2-------不允許繼續發送和接收數據, ·均爲允許則調用close () shutdown在操作成功時返回0,在出現錯誤時返回-1並置相應errno。 面向連接的Socket實例 代碼實例中的服務器通過socket連接向客戶端發送字符串"Hello, you are connected!"。只要在服務 器上運行該服務器軟件,在客戶端運行客戶軟件,客戶端就會收到該字符串。 該服務器軟件代碼如下: #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #define SERVPORT 3333 /*服務器監聽端口號 */ #define BACKLOG 10 /* 最大同時連接請求數 */ main() { int sockfd,client_fd; /*sock_fd:監聽socket;client_fd:數據傳輸socket */ struct sockaddr_in my_addr; /* 本機地址信息 */ struct sockaddr_in remote_addr; /* 客戶端地址信息 */ if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) { perror("socket創建出錯!"); 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出錯!"); exit(1); } if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1) { perror("listen出錯!"); exit(1); } while(1) { sin_size = sizeof(struct sockaddr_in); if ((client_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&remote_addr, &sin_size)) == -1) { perror("accept出錯"); continue; } printf("received a connection from %sn", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr)); if (!fork()) { /* 子進程代碼段 */ if (send(client_fd, "Hello, you are connected!n", 26, 0) == -1) perror("send出錯!"); close(client_fd); exit(0); } close(client_fd); } } } 服務器的工作流程是這樣的:首先調用socket函數創建一個Socket,然後調用bind函數將其與 本機地址以及一個本地端口號綁定,然後調用listen在相應的socket上監聽,當accpet接收到一個 連接服務請求時,將生成一個新的socket。服務器顯示該客戶機的IP地址,並通過新的socket向客 戶端發送字符串"Hello,you are connected!"。最後關閉該socket。 代碼實例中的fork()函數生成一個子進程來處理數據傳輸部分,fork()語句對於子進程返回的 值爲0。所以包含fork函數的if語句是子進程代碼部分,它與if語句後面的父進程代碼部分是併發執 行的。 客戶端程序代碼如下: #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #i nclude #define SERVPORT 3333 #define MAXDATASIZE 100 /*每次最大數據傳輸量 */ 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出錯!"); exit(1); } if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1){ perror("socket創建出錯!"); 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出錯!"); exit(1); } if ((recvbytes=recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0)) ==-1) { perror("recv出錯!"); exit(1); } buf[recvbytes] = ' .........................................(以下略) |
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