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1、什么是 Socket Socket 接口是 TCP/IP 网络的 API，Socket 接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发 TCP/IP 网络上的应用程序。要学 Internet 上的 TCP/IP 网络编程，必须理解 Socket接口。Socket 接口设计者最先是将接口放在 Unix 操作系统里面的。如果了解 Unix 系统的输入和输出的话，就很容易了解 Socket 了。网络的 Socket 数据传输是一种特殊的 I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket 也具有一个类似于打开文件的函数调用 Socket()，该函数返 回一个整型的 Socket 描述符，随后的连
2、接建立、数据传输等操作都是通过该 Socket 实现的。常用的 Socket 类型有两种：流式 Socket（SOCK_STREAM）和数据报式 Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的 Socket，针对于面向连接的 TCP 服务应用；数据 报式 Socket 是一种无连接的 Socket，对应于无连接的 UDP 服务应用。Socket 建立 为了建立 Socket，程序可以调用 Socket 函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket 函数原型为：int socket(int domain,int type,int protocol);domain 指明所使
3、用的协议族，通常为 PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP 协议族）；type 参数指定 socket 的类型：SOCK_STREAM 或 SOCK_DGRAM，Socket 接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；protocol 通常赋值0。Socket()调用返回一个整型 socket 描述符，你可以在后面的调用使用它。Socket 描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用 Socket 函数时，socket 执行体将建立一个 Socket，实际上建立一个 Socket意味着为一个 Socket 数据结构分配存储空间。Socke
4、t 执行体为你管理描述符表。两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket 数据结构中包含这五种信息。Socket 配置 通过 socket 调用返回一个 socket 描述符后，在使用 socket 进行网络传输以前，必须配置该 socket。面向连接的 socket 客户端通过 调用 Connect 函数在 socket 数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用 bind函数来配置本地信息。Bind 函数将 socket 与本机上的一个端口相关联，随后
5、你就可以在该端口监听服务请求。Bind函数原型为：int bind(int sockfd,struct sockaddr*my_addr,int addrlen);Sockfd 是调用 socket 函数返回的 socket 描述符,my_addr 是一个指向包含有本机 IP 地址及端口号等信息的 sockaddr 类型的指针；addrlen 常被设置为 sizeof(struct sockaddr)。struct sockaddr 结构类型是用来保存 socket 信息的：struct sockaddr unsigned short sa_family;/*地址族，AF_xxx*/char
6、sa_data14;/*14 字节的协议地址*/;sa_family 一般为 AF_INET，代表 Internet（TCP/IP）地址族；sa_data 则包含该 socket的 IP 地址和端口号。另外还有一种结构类型：struct sockaddr_in short int sin_family;/*地址族*/unsigned short int sin_port;/*端口号*/struct in_addr sin_addr;/*IP 地址*/unsigned char sin_zero8;/*填充 0 以保持与 struct sockaddr 同样大小*/;这个结构更方便使用。sin_
7、zero 用来将 sockaddr_in 结构填充到与 struct sockaddr 同样的长度，可以用 bzero()或 memset()函数将其置为零。指向 sockaddr_in 的指针和指向 sockaddr的指针可以相互转换，这意味着如果一个函数所需参数类型是 sockaddr 时，你可以在函数调用的时候将一个指向 sockaddr_in 的指针转换为指向 sockaddr 的指针；或者相反。使用 bind 函数时，可以用下面的赋值实现自动获得本机 IP 地址和随机获取一个没有被占用的端口号：my_addr.sin_port=0;/*系统随机选择一个未被使用的端口号*/my_add
8、r.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;/*填入本机 IP 地址*/通过将 my_addr.sin_port 置为 0，函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样，通过将 my_addr.sin_addr.s_addr 置为 INADDR_ANY，系统会自动填入本机 IP 地址。注意在使用 bind 函数是需要将 sin_port 和 sin_addr 转换成为网络字节优先顺序；而 sin_addr则不需要转换。计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。Internet 上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的
9、机器，在 Internet 上传输数据时就需要进行转换，否则就会出现数据不一致。下面是几个字节顺序转换函数：htonl()：把 32 位值从主机字节序转换成网络字节序 htons()：把 16 位值从主机字节序转换成网络字节序 ntohl()：把 32 位值从网络字节序转换成主机字节序 ntohs()：把 16 位值从网络字节序转换成主机字节序 Bind()函数在成功被调用时返回 0；出现错误时返回-1并将 errno 置为相应的错误号。需要注意的是，在调用 bind 函数时一般不要将端口号置为小于 1024 的值，因为 1 到 1024是保留端口号，你可以选择大于 1024 中的任何一个没有
10、被占用的端口号。连接建立 面向连接的客户程序使用 Connect 函数来配置 socket 并与远端服务器建立一个 TCP 连接，其函数原型为：int connect(int sockfd,struct sockaddr*serv_addr,int addrlen);Sockfd 是 socket 函数返回的 socket 描述符；serv_addr 是包含远端主机 IP 地址和端口号的指针；addrlen 是远端地质结构的长度。Connect 函数在出现错误时返回-1，并且设置 errno 为相应的错误码。进行客户端程序设计无须调用 bind()，因为这种情况下只需知道目的机器 的IP 地址
11、，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，socket 执行体为你的程序自动选择一个未被占用的端口，并通知你的程序数据什么时候到 打断口。Connect 函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程序使用 socket 时才需要将此 socket 与远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接，它只是被动的在协议端口监听客户的请求。Listen 函数使 socket 处于被动的监听模式，并为该 socket 建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。int listen(int sockfd，int backlog);
12、Sockfd 是 Socket 系统调用返回的 socket 描述符；backlog 指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待 accept()它们（参考下文）。Backlog 对队列中等待 服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为 20。如果一个服务请求到来时，输入队列已满，该 socket 将拒绝连接请求，客户将收到一个出错信息。当出现错误时 listen 函数返回-1，并置相应的 errno 错误码。accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。int accept(int so
13、ckfd,void*addr,int*addrlen);sockfd 是被监听的 socket 描述符，addr 通常是一个指向 sockaddr_in 变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某 台主机从某个端口发出该请求）；addrten通常为一个指向值为 sizeof(struct sockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时 accept 函数返回-1 并置相应的 errno 值。首先，当accept函数监视的 socket收到连接请求时，socket执行体将建立一个新的socket，执行体将这个新 socket 和请求连接进程的地址联系起来，收到服务请求的 初始
14、 socket 仍可以继续在以前的 socket 上监听，同时可以在新的 socket 描述符上进行数据传输操作。数据传输 Send()和 recv()这两个函数用于面向连接的 socket 上进行数据传输。Send()函数原型为：int send(int sockfd,const void*msg,int len,int flags);Sockfd 是你想用来传输数据的 socket 描述符；msg 是一个指向要发送数据的指针；Len 是以字节为单位的数据的长度；flags 一般情况下置为 0（关于该参数的用法可参照 man 手册）。Send()函数返回实际上发送出的字节数，可能会少于你希望
15、发送的数据。在程序中应该将 send()的返回值与欲发送的字节数进行比较。当 send()返回值与 len 不匹配时，应该对这种情况进行处理。char*msg=Hello!;int len,bytes_sent;len=strlen(msg);bytes_sent=send(sockfd,msg,len,0);recv()函数原型为：int recv(int sockfd,void*buf,int len,unsigned int flags);Sockfd 是接受数据的 socket 描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len 是缓冲的长度。Flags 也被置为 0。Recv()返回实际
16、上接收的字节数，当出现错误时，返回-1 并置相应的 errno值。Sendto()和 recvfrom()用于在无连接的数据报 socket 方式下进行数据传输。由于本地 socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址。sendto()函数原型为：int sendto(int sockfd,const void*msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr*to,int tolen);该函数比 send()函数多了两个参数，to 表示目地机的 IP 地址和端口号信息，而 tolen 常常被赋值为 sizeof(s
17、truct sockaddr)。Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。Recvfrom()函数原型为：int recvfrom(int sockfd,void*buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr*from,int*fromlen);from 是一个 struct sockaddr 类型的变量，该变量保存源机的 IP 地址及端口号。fromlen常置为 sizeof(struct sockaddr)。当 recvfrom()返回时，fromlen 包含实际存入 from 中的数据字节数。Recvfrom
18、()函数返回接收到的字节数或 当出现错误时返回-1，并置相应的 errno。如果你对数据报 socket 调用了connect()函数时，你也可以利用 send()和 recv()进行数据传输，但该 socket 仍然是数据报 socket，并且利用传输层的 UDP 服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。结束传输 当所有的数据操作结束以后，你可以调用 close()函数来释放该 socket，从而停止在该socket 上的任何数据操作：close(sockfd);你也可以调用 shutdown()函数来关闭该 socket。该函数允许你只停止在某个方向上的数据传输，
19、而一个方向上的数据传输继续进行。如你可以关闭某 socket 的写操作而允许继续在该 socket 上接受数据，直至读入所有数据。int shutdown(int sockfd,int how);Sockfd 是需要关闭的 socket 的描述符。参数 how 允许为 shutdown 操作选择以下几种方式：0-不允许继续接收数据 1-不允许继续发送数据 2-不允许继续发送和接收数据，均为允许则调用 close()shutdown 在操作成功时返回 0，在出现错误时返回-1 并置相应 errno。Socket 编程实例 代码实例中的服务器通过 socket 连接向客户端发送字符串Hello,y
20、ou are connected!。只要在服务器上运行该服务器软件，在客户端运行客户软件，客户端就会收到该字符串。该服务器软件代码如下：#include#include#include#include#include#include#include#include#define SERVPORT 3333/*服务器监听端口号*/#define BACKLOG 10/*最大同时连接请求数*/main()int sockfd,client_fd;/*sock_fd：监听 socket；client_fd：数据传输 socket*/struct sockaddr_in my_addr;/*本机地址信
21、息*/struct sockaddr_in remote_addr;/*客户端地址信息*/if(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)=-1)perror(socket 创建出错！);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 soc
22、kaddr)=-1)perror(bind 出错！);exit(1);if(listen(sockfd,BACKLOG)=-1)perror(listen 出错！);exit(1);while(1)sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);if(client_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&remote_addr,&sin_size)=-1)perror(accept 出错);continue;printf(received a connection from%sn,inet_ntoa(remote_addr.sin_add
23、r);if(!fork()/*子进程代码段*/if(send(client_fd,Hello,you are connected!n,26,0)=-1)perror(send 出错！);close(client_fd);exit(0);close(client_fd);服务器的工作流程是这样的：首先调用 socket 函数创建一个 Socket，然后调用 bind 函数将其与本机地址以及一个本地端口号绑定，然后调用 listen 在相应的 socket 上监听，当accpet接收到一个连接服务请求时，将生成一个新的socket。服务器显示该客户机的IP地址，并通过 新的 socket 向客户端
24、发送字符串Hello，you are connected!。最后关闭该 socket。代码实例中的 fork()函数生成一个子进程来处理数据传输部分，fork()语句对于子进程返回的值为 0。所以包含 fork 函数的 if 语句是子进程代码部分，它与 if 语句后面的父进程代码部分是并发执行的。客户端程序代码如下：#include#include#include#include#include#include#include#include#define SERVPORT 3333#define MAXDATASIZE 100/*每次最大数据传输量*/main(int argc,char*a
25、rgv)int sockfd,recvbytes;char bufMAXDATASIZE;struct hostent*host;struct sockaddr_in serv_addr;if(argc h_addr);bzero(&(serv_addr.sin_zero),8);if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(struct sockaddr)=-1)perror(connect 出错！);exit(1);if(recvbytes=recv(sockfd,buf,MAXDATASIZE,0)=-1)perror(rec
26、v 出错！);exit(1);bufrecvbytes=0;printf(Received:%s,buf);close(sockfd);客户端程序首先通过服务器域名获得服务器的 IP 地址，然后创建一个 socket，调用connect 函数与服务器建立连接，连接成功之后接收从服务器发送过来的数据，最后关闭socket。函数 gethostbyname()是完成域名转换的。由于 IP 地址难以记忆和读写，所以为了方便，人们常常用域名来表示主机，这就需要进行域名和 IP 地址的转换。函数原型为：struct hostent*gethostbyname(const char*name);函数返回为
27、 hosten 的结构类型，它的定义如下：struct hostent char*h_name;/*主机的官方域名*/char*h_aliases;/*一个以 NULL 结尾的主机别名数组*/int h_addrtype;/*返回的地址类型，在 Internet 环境下为 AF-INET*/int h_length;/*地址的字节长度*/char*h_addr_list;/*一个以 0 结尾的数组，包含该主机的所有地址*/;#define h_addr h_addr_list0/*在 h-addr-list 中的第一个地址*/当 gethostname()调用成功时，返回指向 struct h
28、osten 的指针，当调用失败时返回-1。当调用 gethostbyname 时，你不能使用 perror()函数来输出错误信息，而应该使用 herror()函数来输出。无连接的客户/服务器程序的在原理上和连接的客户/服务器是一样的，两者的区别在于无连接的客户/服务器中的客户一般不需要建立连接，而且在发送接收数据时，需要指定远端机的地址。阻塞和非阻塞 阻塞函数在完成其指定的任务以前不允许程序调用另一个函数。例如，程序执行一个读数据的函数调用时，在此函数完成读操作以前将不会执行下一程序语句。当 服务器运行到 accept 语句时，而没有客户连接服务请求到来，服务器就会停止在 accept 语句上
29、等待连接服务请求的到来。这种情况称为阻塞（blocking）。而非阻塞操作则可以立即完成。比如，如果你希望服务器仅仅注意检查是否有客户在等待连接，有就接受连接，否则就继续做其他事情，则 可以通过将 Socket 设置为非阻塞方式来实现。非阻塞 socket 在没有客户在等待时就使 accept 调用立即返回。#include#include sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);fcntl(sockfd,F_SETFL,O_NONBLOCK)；通过设置 socket 为非阻塞方式，可以实现轮询若干 Socket。当企图从一个没有数据等待处理的非阻塞 Sock
30、et 读入数据时，函数将立即返 回，返回值为-1，并置 errno 值为EWOULDBLOCK。但是这种轮询会使 CPU 处于忙等待方式，从而降低性能，浪费系统资源。而调用 select()会有效地解决这个问题，它允许你把进程本身挂起来，而同时使系统内核监听所要求的一组文件描述符的任何活动，只要确认在任何被监控的文件 描述符上出现活动，select()调用将返回指示该文件描述符已准备好的信息，从而实现了为进程选出随机的变化，而不必由进程本身对输入进行测试而浪费 CPU 开销。Select 函数原型为:int select(int numfds,fd_set*readfds,fd_set*wri
31、tefds，fd_set*exceptfds,struct timeval*timeout);其中 readfds、writefds、exceptfds 分别是被 select()监视的读、写和异常处理的文件描述符集合。如果你希望确定是否可以 从标准输入和某个 socket 描述符读取数据，你只需要将标准输入的文件描述符 0 和相应的 sockdtfd 加入到 readfds 集合中；numfds 的值 是需要检查的号码最高的文件描述符加 1，这个例子中 numfds的值应为 sockfd+1；当 select 返回时，readfds 将被修改，指示某个文件 描述符已经准备被读取，你可以通过
32、FD_ISSSET()来测试。为了实现 fd_set 中对应的文件描述符的设置、复位和测试，它提供了一组宏：FD_ZERO(fd_set*set)-清除一个文件描述符集；FD_SET(int fd,fd_set*set)-将一个文件描述符加入文件描述符集中；FD_CLR(int fd,fd_set*set)-将一个文件描述符从文件描述符集中清除；FD_ISSET(int fd,fd_set*set)-试判断是否文件描述符被置位。Timeout 参数是一个指向 struct timeval 类型的指针，它可以使 select()在等待 timeout长时间后没有文件描述符准备好即返回。struc
33、t timeval 数据结构为：struct timeval int tv_sec;/*seconds*/int tv_usec;/*microseconds*/;POP3 客户端实例 下面的代码实例基于 POP3 的客户协议，与邮件服务器连接并取回指定用户帐号的邮件。与邮件服务器交互的命令存储在字符串数组 POPMessage 中，程序通过一个 do-while 循环依次发送这些命令。#include#include#include#include#include#include#include#include#define POP3SERVPORT 110#define MAXDATASI
34、ZE 4096 main(int argc,char*argv)int sockfd;struct hostent*host;struct sockaddr_in serv_addr;char*POPMessage=USER useridrn,PASS passwordrn,STATrn,LISTrn,RETR 1rn,DELE 1rn,QUITrn,NULL;int iLength;int iMsg=0;int iEnd=0;char bufMAXDATASIZE;if(host=gethostbyname(your.server)=NULL)perror(gethostbyname err
35、or);exit(1);if(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)=-1)perror(socket error);exit(1);serv_addr.sin_family=AF_INET;serv_addr.sin_port=htons(POP3SERVPORT);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 error);exit(1);do send(sockfd,POPMessageiMsg,strlen(POPMessageiMsg),0);printf(have sent:%s,POPMessageiMsg);iLength=recv(sockfd,buf+iEnd,sizeof(buf)-iEnd,0);iEnd+=iLength;bufiEnd=0;printf(received:%s,%dn,buf,iMsg);iMsg+;while(POPMessageiMsg);close(sockfd);