伯克利套接字（Berkeley sockets），也稱爲BSD Socket。伯克利套接字的應用編程接口（API）是採用C語言的進程間通信的庫，經常用在計算機網絡間的通信。 BSD Socket的應用編程接口已經是網絡套接字的抽象標準。大多數其他程序語言使用一種相似的編程接口。它最初是由加州伯克利大學爲Unix系統開發出來的。所有現代的操作系統都實現了伯克利套接字接口，因爲它已經是連接互聯網的標準接口了。
API函數
以下函數是最基本的 socket API
socket()創造某種類型的套接字，分配一些系統資源，用返回的整數識別。bind()一般是用在服務器這邊，和一個套接字地址結構相連，比如說是一個特定的本地端口號和一個IP地址。listen()用在服務器一邊，導致一個綁定的TCP套接字進入監聽狀態。connect()用在客戶機這邊，給套接字分配一個空閒的端口號。比如說一個TCP套接字，它會試圖建立一個新的TCP連接。accept()用在服務器這邊。從客戶機那接受請求試圖創造一個新的TCP連接，並把一個套接字和這個連接相聯繫起來。send()andrecv(), orwrite()andread(), orsendto()andrecvfrom()用來接收和發送數據。close()當套接字的引用計數爲0的時候纔會引發TCP的四次揮手，關閉連接，系統釋放資源。------- 不可對某個socket連續調用兩次close，否則第二次調用會出現釋放未分配的內存問題（野指針）（在LWIP下測試得出的結論）。個人想法：應該在close函數裏面把socket置成某個數，這樣每次進入close，如果socket等於某個數，表示已經close過，直接函數返回。- shutdown() 不用管套接字的引用計數，調用讀寫函數返回小於0的數，退出阻塞。
以下函數用來設置 / 獲取套接字的屬性，有些函數的功能有重疊；fcntl() 和 ioctl() 功能比較強大，在linux c 中不僅僅用來網絡編程
gethostbyname()andgethostbyaddr()用來解析主機名和地址。select()------ 用來獲取指定套接字的狀態（可讀、可寫或者出錯）- fcntl() ------ 設置套接字的工作模式（阻塞或非阻塞）
- ioctl()
poll()is used to check on the state of a socket in a set of sockets. The set can be tested to see if any socket can be written to, read from or if an error occurred.getsockopt()------ 獲得套接字的屬性，有些屬性的開關在 opt.h 和 lwipopts.hsetsockopt()------ 設置套接字的屬性，有些屬性的開關在 opt.h 和 lwipopts.h- getsockname()、getpeername() ------ 用於獲取本地、對方IP和端口號
以下函數用來數據的轉換
- ntohs()、ntohl()、htons()、htonl() ------ 大端編碼和小端編碼的轉換，s表示short（16bit），l表示long（32bit）；h 代表 host，就是本地主機的表示形式； n 代表 network，表示網絡上傳輸的字節序
- inet_ntoa() 、inet_addr() ----- inet_ntoa()將一個 32bits 無符號整數轉換爲點分十進制IP格式的字符串，inet_addr()正好相反
- inet_pton() ---- inet_pton() 的功能和 inet_addr() 功能類似
- IP4_ADDR --- 把 IP地址中的4個數字整合放到 u32 類型的變量
更多的函數說明如下：
recv、send和read、write
這四個函數用在 TCP 通信中
recv和send函數提供了和read和write差不多的功能.不過它們提供了第四個參數來控制讀寫操作
int recv(int sockfd,void *buf,int len,int flags) int send(int sockfd,void *buf,int len,int flags)
對於send()，flags取值有： 0： 與write()無異，阻塞操作 MSG_DONTROUTE:告訴內核，目標主機在本地網絡，不用查路由表 MSG_DONTWAIT:將單個I／O操作設置爲非阻塞模式 MSG_OOB:指明發送的是帶外信息 對於recv()，flags取值有： 0：與read()無異，阻塞操作 MSG_DONTWAIT:將單個I／O操作設置爲非阻塞模式 MSG_OOB:指明發送的是帶外信息 MSG_PEEK:表示只是從系統緩衝區中讀取內容,而不清除系統緩衝區的內容.這樣下次讀的時候,仍然是一樣的內容.一般在有多個進程讀寫數據時可以使用這個標誌. MSG_WAITALL:通知內核直到讀到請求的數據字節數時，或者發送了錯誤才返回。 對於接收數據函數的返回值： 大於0：讀到數據的字節數 等於0：套接字關閉，讀到FIN 小於0： EINTR：表示操作被中斷，下次可以繼續讀取，忽視這個返回值 EWOULDBLOCK（EAGAIN）：當非阻塞讀取時，沒有數據可讀，返回此操作碼 ECONNRESET：對方發送RST ...... 對於發送數據函數的返回值： 大於0：成功發送數據的字節數 等於0：套接字關閉 小於0： EINTR：表示連接正常，操作被中斷，此次數據發送失敗，下次可以繼續發送 EWOULDBLOCK（EAGAIN）：表示連接正常，但發送緩衝區沒有空間，此次數據發送失敗，下次可以繼續發送 ...... 注：不能通過 shutdown 讀寫通道主動退出服務器的阻塞read(),但是可以主動退出退出客戶端的阻塞read()，ESP8266測試得到
recvfrom、sendto
這兩個函數用在UDP通信的接收和發送
int recefrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen)
int sendto(int sockfd, const void *buf, size_t size, int flags, const struct sockaddr *to, socklen_t tolen)
socket()
函數原型：
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket() 爲通信創造一個端點並返回一個文件描述符。 socket() 有三個參數：
- domain，確定地址協議。例如：
PF_INET（AF_INET）是IPv4PF_INET6是 IPv6.
- type，是下面中的一個：
SOCK_STREAM(Stream Socket)SOCK_DGRAM(Datagram Socket)SOCK_RAW(Raw Socket)。
- protocol， 規定套接字發送和接送哪類型協議數據。最常見的是
IPPROTO_TCP,IPPROTO_UDP,IPPROTO_UDPLITE、IPPROTO_ICMP。如果domain和type已經確定唯一的協議，“0（IPPROTO_IP）” 可以用來表示選擇一個默認的協議。
例子：
tcp_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP); // 由於 PF_INET 和 SOCK_STREAM 已經可以確認是使用 IPPROTO_TCP，所以第三個參數填什麼都不影響 udp_socket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_IP); // PF_INET 和 SOCK_DGRAM 表明使用 IPPROTO_UDP 或 IPPROTO_UDPLITE 其中一種協議，第三個參數填的不是 IPPROTO_UDPLITE 都是IPPROTO_UDP
如果出錯返回-1，否則返回一個代表文件描述符的整數（一般有個宏NUM_SOCKETS規定一共可以創建多少個socket，所以socket()創建成功返回的整數範圍爲0~NUM_SOCKETS-1，而且是從小到大返回）
bind()
bind() 給套接字分配一個地址。當使用 socket()創造一個套接字時, 只是給定了協議族,並沒有分配地址。在套接字能夠接受來自其他主機的連接前，必須用bind()給它綁定一個地址。 bind() 由三個參數：
sockfd, 代表socket的文件描述符。my_addr, 指向sockaddr結構體的指針，代表要綁定的地址 。addrlen, 是sockaddr結構體的大小。
Bind()返回0表示成功，錯誤返回-1。
函數原型：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
listen()
一旦一個套接字和一個地址聯繫之後，listen() 監聽到來的連接。但是這隻適用於對面向連接的模式，例如 套接字類型是 (SOCK_STREAM, SOCK_SEQPACKET)。listen()需要兩個參數：
sockfd：一個有效的套接字描述符。backlog：accept 隊列大小。當服務器接收到第三次握手後將連接放入這個隊列中，直到被 accept 處理才清除，當 accept 隊列滿了之後，即使 client 繼續向 server 發送 ACK 包，也不會被響應，此時 ListenOverflows+1，同時 server 通過 /proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow（linux kernel 2.2 之後）來決定如何返回，0表示直接丟棄該 ACK，1表示發送 RST 通知 client；相應的，client 則會分別返回 read timeout 或者 connection reset by peer。參考下圖。
一旦連接被接受，返回0表示成功，錯誤返回-1。
函數原型：
int listen(int sockfd, int backlog);
accept()
當應用程序監聽來自其他主機的面對數據流的連接時，通過事件（比如Unix select()系統調用）通知它。必須用accept()函數初始化連接。 Accept() 爲每個連接創立新的套接字並從監聽隊列中移除這個連接。它使用如下參數：
sockfd,監聽的套接字描述符cliaddr, 指向sockaddr 結構體的指針，客戶機地址信息。addrlen,指向socklen_t的指針，確定客戶機地址結構體的大小 。
返回新的套接字描述符，出錯返回-1。和客戶端的通信是通過這個套接字。假如是 sockfd（服務器套接字，accept 第一個參數） 0，accpet 返回的是 1，遞增。可以在沒關閉 accept 返回的套接字之前關閉 accept 的套接字，這樣防止新的客戶端連上。但是有個問題，如果關閉服務器套接字，accept 返回一個套接字是1，用 select 函數的第一個參數填套接字總數，現在的總是是1，而唯一個套接字的值是1（不是0），所以 select 會返回小於0，不能正常使用 select 函數。
Datagram 套接字不要求用accept()處理，因爲接收方可能用監聽套接字立即處理這個請求。
函數原型：
int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
注：不能通過 close() 或者 shutdown() 主動退出 accept() 阻塞，ESP8266測試得出。
connect()
connect()系統調用爲一個套接字設置連接，參數有文件描述符和主機地址。
函數原型：
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
close()
close()函數只是將這個套接字引用計數減1，就像rm一樣，刪除一個文件時只是移除一個硬鏈接數，只有這個套接字的所有引用計數減到0，套接字描述符纔會真的被關閉，纔會開始後續的四次揮手。
關於引用計數：操作系統創建子進程時，子進程將繼承父進程打開的套接字，父子進程擁有對該套接字同樣的訪問權，系統對每個套接字的引用進行計數，每增加一個進程訪問套接字，計數加1，當進程完成對套接字的使用時，對套接字的使用調用 close 進行關閉，close 調用將減少套接字的引用計數，並且在計數值爲0時刪除該套接字
SO_LINGER選項對close()的行爲有影響
SO_LINGER 的 I_onoff 爲0（默認情況）：
在套接字上不能再發出發送或接收請求，套接字發送緩衝區中的內容被髮送到對端，如果描述符引用計數變爲0，在發送完發送緩衝區的數據後，後跟正常的TCP連接終止序列（即發送FIN），套接字接收緩衝區中的內容被丟棄
SO_LINGER 的 l_onoff ＝ 1，l_linger ＝ 0：
在套接字上不能再發出發送或接收請求，如果描述符引用計數變爲0，RST被髮送到對端，連接的狀態被置爲CLOSED（沒有TIME_WAIT狀態），套接字發送緩衝區和接收緩衝區中的內容被丟棄；
shutdown()
可以指定關閉讀通道、寫通道或者讀寫通道。
ESP8266 LWIP TCP客戶端情況下（不推薦用shutdown退出阻塞，推薦用select()）：
調用了shutdown()的讀通道，不會引發四次揮手，但是執行read()會退出阻塞，返回小於0的數，然後再close()引發四次揮手，釋放資源。
特別強調：執行 shutdown() 後執行 close()，然後再執行read()會阻塞，永遠的阻塞。。。
gethostbyname() 和 gethostbyaddr()
gethostbyname() 和 gethostbyaddr()函數是用來解析主機名和地址的。可能會使用DNS服務或者本地主機上的其他解析機制（例如查詢/etc/hosts）。返回一個指向 struct hostent的指針，這個結構體描述一個IP主機。函數使用如下參數：
- name 指定主機名。例如 www.wikipedia.org
- addr 指向 struct in_addr的指針，包含主機的地址。
- len 給出 addr的長度，以字節爲單位。
- type 指定地址族類型 （比如 AF_INET）。
出錯返回NULL指針，可以通過檢查 h_errno 來確定是臨時錯誤還是未知主機。正確則返回一個有效的 struct hostent *。
這些函數並不是伯克利套接字嚴格的組成部分。這些函數可能是過時了，新函數是 getaddrinfo() and getnameinfo(), 這些新函數是基於addrinfo數據結構。
函數原型：
struct hostent *gethostbyname(const char *name); struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr, int len, int type);
setsockopt()、getsockopt()
int setsockopt( int socket, int level, int option_name, const void *option_value, size_t option_len);
sockfd: 套接字
level: 協議層（SOL_SOCKET、IPPROTO_IP、IPPRO_TCP）
opt_name: 選項名，每一個協議層都有其一些固定的選項名，
option_value: 緩衝區，setsockopt() 是指向將要存放的地址，getsockopt() 是指向目前存放信息的地址
option_len: 緩衝區大小長度
在 socket.h 有 level 和 opt_name 的介紹
SOL_SOCKET層，有如下選項：
| opt_name | 說明 | option_value類型 |
| SO_BROADCAST | 允許發送和接收廣播數據 | int |
| SO_DEBUG | 允許調試 | int |
| SO_DONTROUTE | 不查找路由 | int |
| SO_ERROR | 獲得套接字錯誤 | int |
| SO_KEEPALIVE | 保持連接 | int |
| SO_LINGER | 延遲關閉連接 | struct linger |
| SO_OOBINLINE | 帶外數據放入正常數據流 | int |
| SO_RCVBUF | 接收緩衝區大小 | int |
| SO_SNDBUF | 發送緩衝區大小 | int |
| SO_RCVLOWAT | 接收緩衝區下限 | int |
| SO_SNDLOWAT | 發送緩衝區下限 | int |
| SO_RCVTIMEO | 接收超時 | struct timeval |
| SO_SNDTIMEO | 發送超時 | struct timeval |
| SO_REUSERADDR | 允許重用本地地址和端口 | int |
| SO_TYPE | 獲得套接字類型 | int |
| SO_BSDCOMPAT | 與BSD系統兼容 | int |
| ...... | ||
IPPROTO_TCP層，有如下選型：
TCP_NODELAY
TCP_KEEPIDLE（設置多久沒接收到數據開始發送keepalive包）
TCP_KEEPINTVL（設置每個keepalive包的間隔時間）
TCP_KEEPCNT（設置發送多少個keepalive包）
......
ntohs()、ntohl()、htons()、htonl()
ntohs(n) //n爲16位數據類型，網絡字節順序到主機字節順序的轉換
htons(n) //n爲16位數據類型，主機字節順序到網絡字節順序的轉換
ntohl(n) //n爲32位數據類型，網絡字節順序到主機字節順序的轉換
htonl(n) //n爲32位數據類型，主機字節順序到網絡字節順序的轉換
網絡字節順序採用大端模式進行編址，而主機字節順序根據處理器的不同而不同，如PowerPC處理器使用大端模式，而Pentuim處理器使用小端模式。大端模式處理器的字節序到網絡字節序不需要轉換，此時ntohs(n)=n，ntohl(n) = n；而小端模式處理器的字節序到網絡字節必須要進行轉換
select()
int select(int maxfdp1, fd_set *readset, fd_set *writeset, fd_set *exceptset, struct timeval *timeout)
本函數用於確定一個或多個套接口的狀態。對每一個套接口，調用者可查詢它的可讀性、可寫性及錯誤狀態信息。用結構體 fd_set 來表示一組等待檢查的套接口。在調用返回時，這個結構存有滿足一定條件的套接口組的子集，並且select()返回滿足條件的套接口的數目，0表示超時，-1表示出錯。有一組宏可用於對 fd_set 的操作（宏的功能有：把套接口放入 fd_set 結構、清除 fd_set 結構中的某個套接口、檢查否個套接口是否可讀可寫等）
maxfdp1：等於創建成功的socket個數，socket()成功返回的整數範圍爲0~NUM_SOCKETS-1，NUM_SOCKETS爲最多能創建的個數，所以maxfdp1一般取值爲socket()返回的最大值+1
readset：（可選）指針，指向一組等待可讀性檢查的套接口。如果該套接口正處於監聽listen()狀態，則若有連接請求到達，該套接口便被標識爲可讀，這樣一個accept()調用保證可以無阻塞完成。對其他套接口而言，可讀性意味着有數據供讀取，於是recv()或recvfrom()操作均能無阻塞完成
writeset：（可選）指針，指向一組等待可寫性檢查的套接口。如果一個套接口正在connect()連接（非阻塞），可寫性意味着連接順利建立。如果套接口並未處於connect()調用中，可寫性意味着send()和sendto()調用將無阻塞完成
exceptset：（可選）指針，指向一組等待錯誤檢查的套接口。
timeout：select()最多等待時間，對阻塞操作則爲NULL
不需要查看的形參可以設爲NULL
返回值：負值：select錯誤，正值：可讀可寫套接口數目，0：等待超時，沒有可讀寫或錯誤的文件
判讀：通過宏 FD_ISSET、&readset（宏參數） 和 具體某個描述符（宏參數） 判斷該描述符是否可讀；通過宏 FD_ISSET、&writeset（宏參數） 和 具體某個描述符（宏參數） 判斷該描述符是否可寫；
fcntl()
int fcntl(int s, int cmd, int val);
s 爲要設置的socket，cmd 是要進行什麼操作，val 是操作所需要的參數
返回值：成功取決於cmd，失敗返回-1
函數有下面5種功能：
- 複製一個現有的描述符(cmd=F_DUPFD)；
- 獲得／設置文件描述符標記(cmd=F_GETFD或F_SETFD)；
- 獲得／設置文件狀態標記(cmd=F_GETFL或F_SETFL)；
- 獲得／設置異步I/O所有權(cmd=F_GETOWN或F_SETOWN)；
- 獲得／設置記錄鎖(cmd=F_GETLK , F_SETLK或F_SETLKW)；
在socket編程中使用 fcntl() 設置 sockfd 爲非阻塞模式，則之後的connect、accept、recv、recvfrom等函數便失去了阻塞功能，變成了非阻塞函數。
用以下方法將socket設置爲非阻塞方式：
int flags = fcntl(socket, F_GETFL, 0); fcntl(socket, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);
將非阻塞的設置回阻塞可以用以下方式：
int flags = fcntl(socket, F_GETFL, 0); fcntl(socket, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);
ioctl()
int ioctl(int s, long request, void *argp);
ioctl 是 input output control 的簡寫，控制I/O設備, 提供了一種獲得設備信息和向設備發送控制參數的手段
返回值：成功返回0，出錯返回-1
第一個參數：指示某個文件描述符(當然也包括 套接口描述符)
第二個參數：request 指示要ioctl執行的操作
第三個參數：總是某種指針，具體的指向類型依賴於 request 參數
我們可以把和網絡相關的請求(request)劃分爲6 類：
套接口操作
文件操作
接口操作
ARP 高速緩存操作
路由表操作
流系統
下表列出了網絡相關ioctl 請求的request 參數以及arg 地址必須指向的數據類型：
|
類別 |
Request |
說明 |
數據類型 |
|
套 |
SIOCATMARK |
是否位於帶外標記 |
int |
|
文 |
FIONBIN |
設置/ 清除非阻塞I/O 標誌 |
int |
|
接 |
SIOCGIFCONF |
獲取所有接口的清單 |
struct ifconf |
|
ARP |
SIOCSARP |
創建/ 修改ARP 表項 |
struct arpreq |
|
路 |
SIOCADDRT |
增加路徑 |
struct rtentry |
|
流 |
I_xxx |
|
|
inet_ntoa()、inet_addr()
inet_ntoa()將一個 32bits 無符號整數轉換爲點分十進制IP格式的字符串。inet_addr()正好相反，inet_addr可以判斷形參是否IP格式的字符串，不是返回0xFFFFFFFF
char* inet_ntoa (struct in_addr addr);
結構體in_addr唯一一個成員就是32bits 無符號整數
inet_pton()
int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
af 是地址簇，比如 af=AF_INET，AF_INET（又稱 PF_INET）是 IPv4 網絡協議的套接字類型
指針 src 指向十進制IP格式的字符串
指針 dst 指向 32bits 無符號整數，即要得到的數據
IP4_ADDR()
IP4_ADDR(ipaddr, a,b,c,d)
ipaddr是一個結構體（struct ip_addr），含有成員變量addr
宏定義
PF_INET(AF_INET)：IPv4（網際層）
PF_INET6(AF_INET6)：IPv6（網際層）
SOCK_STREAM：設置套接字類型爲流套接字，流套接字協議只有一個，即 IPPROTO_TCP（傳輸層）
SOCK_DGRAM：設置套接字類型爲數據報套接字，數據報套接字協議有兩個個，即 IPPROTO_UDP 和 IPPROTO_UDPLITE（傳輸層）
SOCK_RAW：設置套接字類型爲原始套接字
原始套接字(SOCKET_RAW)允許對較低層次的協議直接訪問，比如IP、 ICMP協議，它常用於檢驗新的協議實現，或者訪問現有服務中配置的新設備，因爲RAW SOCKET能夠對網絡底層的傳輸機制進行控制，所以可以應用原始套接字來操縱網絡層和傳輸層應用。比如，我們可以通過RAW SOCKET來接收發向本機的ICMP、IGMP協議包，或者接收TCP/IP棧不能夠處理的IP包，也可以用來發送一些自定包頭或自定協議的IP包。網絡監聽技術很大程度上依賴於SOCKET_RAW
套接字API是Unix網絡的通用接口，允許使用各種網絡協議和地址。
下面列出了一些例子，在現在的 Linux 和BSD中一般都已經實現了。
PF_LOCAL, PF_UNIX, PF_FILE
Local to host (pipes and file-domain)
PF_INET IP protocol family
PF_AX25 Amateur Radio AX.25
PF_IPX Novell Internet Protocol
PF_APPLETALK Appletalk DDP
PF_NETROM Amateur radio NetROM
PF_BRIDGE Multiprotocol bridge
PF_ATMPVC ATM PVCs
PF_X25 Reserved for X.25 project
PF_INET6 IP version 6
PF_ROSE Amateur Radio X.25 PLP
PF_DECnet Reserved for DECnet project
PF_NETBEUI Reserved for 802.2LLC project
PF_SECURITY Security callback pseudo AF
PF_KEY PF_KEY key management API
PF_NETLINK, PF_ROUTE
routing API
PF_PACKET Packet family
PF_ASH Ash
PF_ECONET Acorn Econet
PF_ATMSVC ATM SVCs
PF_SNA Linux SNA Project
PF_IRDA IRDA sockets
PF_PPPOX PPPoX sockets
PF_WANPIPE Wanpipe API sockets
PF_BLUETOOTH Bluetooth sockets
標籤: 網絡通信知識