套接字通信

背景

基于C语言，对linux系统下套接字通信相关的知识点进行梳理，比如重点概念的理解，重点操作函数的解析等，最后附上相关示例代码。

概念

套接字分类

流式套接字（SOCK_STREAM）
数据报套接字（SOCK_DGRAM）
原始套接字

流式套接字

使用TCP（传输控制协议）进行数据传输，可以保证数据传输的准确性。

数据报套接字

使用UDP（使用者数据报协议）进行数据传输，不能保证接收的数据的准确性。

相关数据结构

struct sockaddr

#include <sys/socket.h>
struct sockaddr
{ 
　  unsigned short sa_family;//地址协议族
    char sa_data[14];//地址(ip + port)  
};

　　struct sockaddr 是通用的套接字地址，长度为16字节。

struct sockaddr_in

#include <netinet/in.h>
/* Internet address. */
struct in_addr
{
　　uint32_t s_addr;
};
/* Structure describing an Internet socket address. */
struct sockaddr_in
{
　　unsigned short sa_family;
　　uint16_t sin_port; /* Port number. */必须是网络字节序
　　struct in_addr sin_addr; /* Internet address. */必须是网络字节序
　　unsigned char sin_zero[8];/* Pad to size of `struct sockaddr'. */
};

　　internet环境下套接字的地址形式，长度也是16字节；

　　因为bind()函数的套接字地址类型是通用类型，所以现在通行的做法是，使用struct sockaddr_in绑定ip和端口，然后强转成struct sockaddr类型　　

本机转换

由于struct sockaddr_in的Ip和端口是数据需要发送到网络端，所以类型必须是网络字节序；

端口的转换需要用到下面的htons

#include <arpa/inet.h>
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

其实，ip的转换也可以用htonl，但入参是uint32_t，需要先将一个字符串类型的IP换算成数值类型再传参；
考虑到htonl的使用有些繁琐，一般我们使用下面的函数来进行地址的转换：

#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
in_addr_t inet_addr(const char *cp);
int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
char *inet_ntoa(struct in_addr in);

　　inet_addr()和inet_aton()都可以用于获取一个网络字节序的地址；
　　inet_ntoa是逆操作；

#define INADDR_ANY ((in_addr_t) 0x00000000)

　　INADDR_ANY是一个宏定义，数值是网络字节序，等价于inet_addr("0.0.0.0")，功能是代码所有本机IP

socket()

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

　　domain 网络通信协议族，一般写AF_INET
　　type 通信类型，SOCK_STREAM|SOCK_DGRAM
　　protocol 定义额外的一个通信协议。通常只需要一个协议，所以这里填0
　　返回：成功返回一个可用套接字；失败返回-1，并重置errno

bind()

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);

　　给套接字绑定到 “本机通信地址”返回：
　　成功返回一个可用套接字；失败返回-1，并重置errno

connect()

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);

　　将套接字与远程服务器通信地址绑定
　　返回：成功返回一个可用套接字；失败返回-1，并重置errno

listen()

int listen(int sockfd, int backlog);

　　sockfd一般是服务器的网络侦听套接字，backlog是连接队列的长度（等待接受连接请求）
　　返回：成功返0；失败返回-1并重置errno

accept()

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int accept(int s, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

　　返回一个成功建立连接的新套接字
　　返回：成功返0；失败返回-1并设置errno

send()

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int send(int s, const void *msg, size_t len, int flags);
int sendto(int s, const void *msg, size_t len, int flags, const struct sockaddr *to, socklen_t tolen);
int sendmsg(int s, const struct msghdr *msg, int flags);

　　s 套接字
　　msg 待发送的数据
　　len 数据长度
　　flags 填0

close()

#include <unistd.h>
int close(int fd);

　　完全关闭连接

#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sockfd, int how);
    how:
    --SHUT_RD      关闭读端
    --SHUT_WR      关闭写端
    --SHUT_RDWR    关闭读写（同close())

　　相比close，有更多的控制

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