socket 的基础知识（一）

Socket  编程

 

计算机网络是相互连接的独立自主的计算机的集合，最简单的网络形式由两台计算机组成

IP地址

IP网络中每台主机都必须有唯一一个IP地址

IP地址是一个逻辑地址

因特网上的IP地址具有全球统一性

32位，4个字节，常用点分十进制的格式表示 192.168.0.23

协议：

为进行网络中的数据交换（通信）而建立的规则，标准或者约定

不同层有各自不同的协议

OSI七层

应用层 ：处理网络应用

表示层 ： 数据表示

会话层 ： 主机间通信

传输层 ：端到端的连接

网络层 ： 寻址和最短路径

数据链路层 ：介质访问

物理层 ：二进制传输

OSI 各层所使用的协议

应用层：

远程登陆协议  Telent

文本传输协议   FTP

超文本传输协议 HTTP

域名服务       DNS

简单邮件传输协议 SMTP

邮局协议     POP3

传输层

传输控制协议：TCP

用户数据报协议：UDP

TCP：面向连接的可靠的传输协议

UDP：是无连接的，不可靠的传输协议

 

 

 

网络层

网际协议IP， Internet 互联网控制报文协议ICMP ，Internet 组管理协议IGMP

 

 

数据封装：一台计算机要发送数据到另一台计算机上，数据首先必须打包，打包的过程称为i封装。 封装就是在数据前面加上特定的协议头部

TCP/IP模型

包括四个层次：应用层，传输层，网络层，网络接口

端口：

传输层提供进程通信的能力，为了标识通信实体中进行通信的进程，TCP/IP协议提出了协议端口，简称端口

端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区），应用程序通过系统调用

与某端口建立连接（bind）之后，传输层传给该端口的数据被相应的进程所接收，相应进程发送给传输层的数据都由该端口输出

端口用一个整数型标示符来表示，即端口号，端口号跟协议相关，TCP/IP传输层的两个协议TCP/UDP 是完全独立的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立。

端口号用一个16位的数字表示，范围是0--65535

 

 

套结字（socket的引入）

Socket 使程序员可以很方便的访问TCP/IP，从而开发各种网络应用的程序

网络字节顺序：

不同的计算机存放多字节值的顺序不同，基于Intel 的CPU，即我们常用的pc机采用的是

低位先存，为保证数据的正确性，在网络协议中需要指定网络字节顺序，TCP/IP协议使用16位整数和32位整数的高位先存格式

客户端和服务器模式

1.在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户端/服务器模式，客户端向服务器提出请求，服务器接收到请求时，提供相应的服务

2.建立网络的起因：

（1）网络中软硬件资源，运算能力和信息不均等，需要共享，从而造就众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用

（2）网络间的通信完全是异步的，相互通信的进程间不存在父子关系，又不存在共享内存缓冲区，因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步。

客户端/服务器模式在操作过程中采用的是主动请求的方式

首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应的服务

1.打开一通道并告知本地主机，它愿意在某一公认地址接收客户请求；

2.等待客户请求到达该端口

3.接收到重复请求服务，处理该请求并发送应答信号，接收到并发服务请求，要激活一新的进程来服务处理这个客户请求，新进程处理此客户请求，并不需要对其他请求作出应答，服务完成后，关闭此进程与客户的通信链路，并终止

4.返回第二步，等待另一客户请求

5.关闭服务器

客户端：

1.打开一通信通道，并连接到服务器所在的主机的特定端口

 

2.向服务器发送服务请求报文，等待并接收应答，继续提出请求

3.请求结束 后关闭通信通道并终止

 

 

总结：

1.服务器与客户端的进程的作用是非对称的，因此编码不同

2.服务进程一般是先于客户请求而启动的，只要系统运行，该服务 进程一直存在，直到正常或者被强迫终止

 

 

套接字的类型：

1.流式套结字（SOCK_STREAM）

提供面向连接，可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送，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，文件传输协议（FTP）

用流式套接字

2.数据报套接字（SOCK_DGRAM）

提供无连接服务，数据包以独立包形式发送，不提供无错保证，数据可能重复或者丢失，并且接收顺序可能混乱，网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字

 

3.原始套接字（SOCK_RAW）

该接口允许对于较低层协议，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

基于TCP的socket 编程

服务器：

1.创建套接字（socket）

2.将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）

3.将套结字设置为监听模式，准备接收客户请求（listen）

4.等待客户端请求哦到来；当请求到来后，接收连接请求，返回一个对此次连接新的套接字（accept）

5.用返回的新的套接字与客户端进行通信

6.返回，等待另一用户请求

7.关闭套接字

 

客户端操作

1.创建套接字（socket）

2.向服务器发出连接请求（connect）

3.和服务器端进行通信（send/recv）

4.关闭套接字

基于UDP的socket

服务器:

1.创建套接字（socket）

2.J将套接字绑定到一个本地地址和端口上（bind）

3.等待接收数据（recvfrom）

4.关闭套接字

 

 

客户端：

1.创建套结字（socket）

2.向服务器发送数据（sendto）

3.关闭套接字

基于套接字系统调用

创建套结字--------socket()

 int socket(int domain, int type, int protocol);

第一个参数指定通信发生的区域，UNIX系统支持的地址族有：AF_UNIX  AF_INET

AF_US 而DOS， WINDOWS 中支持AF_INET

它是网际网区域，因此，地址族与协议族相同

第二个参数是要创建的套接字的类型

第三个参数说明该套接字使用的协议，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。

 

指定本地地址-------bind()

当一个套接字用socket()创建之后，存在一个名字空间（地址族），但它没有被命名，bind()将套接字地址与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋与套接字，以指定本地半相关。

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */

       #include <sys/socket.h>

 

       int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

                socklen_t addrlen);

 

 

第一个参数是socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符

 第二个参数是赋给套接字s的本地地址，其长度可变，结构随通信域的不同而不同。

第三个参数表示第二个参数的长度

 

如果没有发生错误，bind()返回0，否则返回SOCKET_ERROR

 

地址在建立套结字通信过程中起着重要作用，作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必须有明确认识，

TCP/IP协议的地址结构为：

struct sockaddr_in{

      short sin_family;                 /*AF_INET*/

      u_short sin_port;                 /*16位端口号，网络字节顺序*/

      struct in_addr sin_addr;    /*32位IP地址，网络字节顺序*/

      char sin_zero[8];                 /*保留*/

};

sin_family表示地址族，对于IP地址，sin_family成员将一直是AF_INET

sin_port指定的是将要分配给套接字的端口

sin_addr给出的是套接字的主机IP地址

sin_zero只是一个填充数，以使sockaddr_in结构和sockaddr结构的长度一样

如果这个函数调用成功，它将返回0。如果调用失败，这个函数就会返回一个SOCKET_ERROR，错误信息可以通过WSAGetLastError函数返回。

 

 

建立套结字连接-------connect()与accept()

Connect()用于建立连接，无连接的套接字进程也可以调用connect,但这时在进程之间没有实际的报文交换，调用将从本地操作系统直接返回。

 

Connect:

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

                   socklen_t addrlen);

第一个参数是欲建立连接的本地套接字描述符

第二个参数说明对方套接字地址结构的指针

第三个参数说明对方套接字的长度

 

 

 

调用成功返回0.失败返回SOCKET_ERROR

在面向连接的协议中，该调用导致本地系统与外部系统之间连接实际建立

 

accept()系统调用

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */

       #include <sys/socket.h>

 

       int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

 

accept面向连接服务器，后面两个参数存放客户端的地址信息，调用前，参数addr指向一个初始值为空的地址结构，addrlen 的初始值为0，调用后，服务器从编号为sockfd的套接字上接受客户连接请求，而连接请求是客户端的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端套接字地址及其长度放入addr和addrlen并创建一个与sockfd有相同特性的新的套接字号，新的套接字可用于 处理服务器并发请求。

监听连接------listen()

此系统调用面向服务器，表示它愿意接收连接

Listen()要在accept（）之前调用

int listen(int sockfd, int backlog);

第一个参数表示本地已经建立，尚未连接的套接字号，服务器愿意从上面接收请求

第二个参数表示请求连接队列的最大长度，用于限制监听队列请求的个数，目前允许的最大值为5，

调用成功返回0，调用失败：SOCK_ERROR

 

在执行调用时可为没有调用bind()的套接字完成所必须的连接，并建立长度为第二个参数的请求队列

Socket()

bind()

Listen()

accept()

 

 

数据传输：

send()   recv()/  sendfrom   recvfrom

当一个连接建立以后，就可以传输数据了：

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

 

 

第一个参数为已连接的本地套接字描述符，

第二个参数buf 是指向存有发送数据的缓冲区的指针

第三个参数长度指定缓冲区的长度

第四个指定传输方式：如是否发送带外数据

 

 

调用成功返回总共发送的字节数，否则返回SOCKET_ERROR

 

 

Recv()函数调用：

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

 

 

 

第一个参数：已经连接的套结字描述符

第二个参数：指向接收输入数据缓冲区的指针

第三个参数：接收数据的长度

第四个参数：指定控制方式：如是否接收带外数据

 

 

调用成功：返回接收的总字节数

连接被关闭：返回0

否则：返回SOCKET_ERROR

Socket()指定五元组中的协议元，它的用法与是否为客户端或者服务器，是否面向连接无关。

bind()指定五元组中的本地二元：本地的主机地址和端口号，它的用法与面向连接有关

在服务器方，无论是否面向连接，均要调用bind()

在客户端方，若采用面向连接，可以不调用bind(),通过connect自动完成，若采用无连接，

客户端必须时用bind()以获取一个唯一的地址

这些仅仅是对于客户端/服务器模式而言，实际上套结字的使用是非常灵活的。

后面我还会再写关于socket的知识，这是第一篇～～～～～