Socket

Linux中的网络编程通过Socket(套接字)接口实现，Socket是一种文件描述符。

套接字socket有三种类型: • 流式套接字(SOCK_STREAM)

流式的套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。它使用了TCP协议。TCP保证了数据传输的正确性和顺序性。

•数据报套接字(SOCK_DGRAM)数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠，无差错,它使用数据报协议UDP。

•原始套接字

原始套接字允许对低层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议的测试等。

地址结构

struct sockaddr

{ u_short sa_family;

char sa_data[14];

} Sa_family:地址族，采用“AF_xxx”的形式，如:AF_INET。Sa_data:14字节的特定协议地址。

地址结构

struct sockaddr_in{

shortintsin_family; /*Internet地址族*/

unsignedshortintsin_port; /*端口号*/

struct in_addr sin_addr; /* IP地址*/

unsignedcharsin_zero[8]; /*填0*/

}编程中一般并不直接针对sockaddr数据结构操作，而是使用与sockaddr等价的sockaddr_in

struct in_addr{

unsigned long s_addr;

}

S_addr: 32位的地址。

地址转换

IP地址通常由数字加点(192.168.0.1)的形式表示，而在struct in_addr中使用的是IP地址是由32位的整数表示的，为了转换我们可以使用下面两个函数:

int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp)

char *inet_ntoa(struct in_addr in)

函数里面a代表ascii n代表network.第一个函数表示将a.b.c.d形式的IP转换为32位的IP,存储在inp指针里面。第二个是将32位IP转换为a.b.c.d的格式。

字节序转换

不 同 类 型 的 CPU 对 变量 的 字 节 存储顺 序 可 能 不 同 :有的 系统 是高 位在 前 ， 低 位在 后 ， 而 有的 系统 是 低 位在 前 ， 高 位在 后 ， 而 网络 传输 的 数据 顺 序 是 一 定 要 统 一 的。所 以 当 内 部 字 节 存储顺 序 和 网络 字 节 顺 序不 同 时 ， 就 一 定 要 进行 转 换 。

32bit的整数(0x01234567)从地址0x100开始: 

网络字节顺序是TCP/IP中规定好的一种数据表示格式，它与具体的CPU类型、操作系统等无关，从而可以保证数据在不同主机之间传输时能够被正确解释。网络字节顺序采用big endian排序方式。

htons把unsigned short类型从主机序转换到网络序

htonl把unsigned long类型从主机序转换到网络序

ntohs把unsigned short类型从网络序转换到主机序

ntohl把unsigned long类型从网络序转换到主机序

IP与主机名

在网络上标识一台机器可以用IP，也可以使用主机名。

struct hostent *gethostbyname(const char *hostname)

struct hostent{

char *h_name;/* 主机的正式名称 */

char *h_aliases;/* 主机的别名 */

int h_addrtype;/* 主机的地址类型 AF_INET*/

int h_length;/* 主机的地址长度 */

char **h_addr_list;/* 主机的IP地址列表 */

}

#defineh_addrh_addr_list[0] /*主机的第一个IP地址*/

地址转换

IP地址通常由数字加点(192.168.0.1)的形式表示，而在struct in_addr中使用的是IP地址是由32位的整数表示的，为了转换我们可以使用下面两个函数:

int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp) 

char *inet_ntoa(struct in_addr in)

函数里面a代表ascii n代表network.第一个函数表示将a.b.c.d形式的IP转换为32位的IP,存储在inp指针里

面。第二个是将32位IP转换为a.b.c.d的格式。

进行Socket编程的常用函数有:

•socket

创建一个socket。

•bind

用于绑定IP地址和端口号到socket。

•connect

该函数用于绑定之后的client端，与服务器建立连接。

listen

设置能处理的最大连接要求，Listen()并未开始接收连线，只是设置socket为listen模式。 accept 用来接受socket连接。

send

发送数据

recv

接收数据

基于TCP-服务器

1.创建一个socket，用函数socket()

绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()

设置允许的最大连接数，用函数listen()

接收客户端上来的连接，用函数accept()

收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()

关闭网络连接

基于TCP-客户端

1.创建一个socket，用函数socket()

设置要连接的对方的IP地址和端口等属性

连接服务器，用函数connect()

收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()

关闭网络连接 

基于UDP-服务器 

创建一个socket，用函数socket()  绑定IP地址、端口等信息到socket上， 用函数bind()  循环接收数据，用函数recvfrom()  关闭网络连接

基于UDP-客户端 

创建一个socket，用函数socket()  绑定IP地址、端口等信息到socket上， 用函数bind()  设置对方的IP地址和端口等属性  发送数据，用函数sendto()  关闭网络连接

服务器模型 

在网络程序里面,一般来说都是许多客户对应一 个服务器，为了处理客户的请求, 对服务端的程 序就提出了特殊的要求。目前最常用的服务器模 型有: • 循环服务器:服务器在同一个时刻只可以响应 一个客户端的请求 • 并发服务器:服务器在同一个时刻可以响应多 个客户端的请求 

UDP循环服务器 

UDP循环服务器的实现方法:UDP服务器每次从套接字上读取一 个客户端的请求->处理->然后将结果返回给客户机。

socket(...); 

bind(...); 

while(1) 

{ recvfrom(...); 

process(...);

sendto(...); 

} 

因为UDP是非面向连接的,没有一个客户端可以老是占住服务 端， 服务器对于每一个客户机的请求总是能够满足。 

TCP循环服务器

 TCP服务器接受一个客户端的连接,然后处理,完成了这个客户的所有请求后,断开连接。算法如下: 

socket(...); 

bind(...); 

listen(...); 

while(1) 

{ accept(...); 

process(...);

close(...); 

} 

TCP循环服务器一次只能处理一个客户端的请 求。只有在这个客户的所有请求都满足后, 服务 器才可以继续后面的请求。这样如果有一个客户 端占住服务器不放时,其它的客户机都不能工作 了，因此,TCP服务器一般很少用循环服务器模 型的。 

          

TCP并发服务器 

并发服务器的思想是每一个客户机的请求并不由服务器直接处理,而是由服务器创建一个 子进程来处理。算法如下: 

socket(...); 

bind(...);

 listen(...);

 while(1) 

{ 

accept(...);

if(fork(..)==0) 

{ 

process(...); 

close(...); 

exit(...); 

} 

close(...); 

} 

TCP并发服务器 TCP并发服务器可以解决TCP循环服 务器客户机独占服务器的情况。但同时也带来了问题:为了响应客户的请求,服务器要创建子进程来处理，而创 建子进程是一种非常消耗资源的操作。 

多路复用I/O 

阻塞函数在完成其指定的任务以前不允许程序继续向下 执行。例如:当服务器运行到accept语句时，而没有客 户请求连接，服务器就会停止在accept语句上等待连接 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。例如，如果你希望服务器仅仅 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，则可以通过使用select系统调用来实 现。除此之外，select还可以同时监视多个套接字 。 

            

多路复用I/O int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fe_set *exceptfds, const struct timeval *timeout) 

 Maxfd: 文件描述符的范围，比待检的最大文件描述符大1  Readfds:被读监控的文件描述符集  Writefds:被写监控的文件描述符集  Exceptfds:被异常监控的文件描述符集  Timeout:定时器

多路复用I/O Timeout取不同的值，该调用有不同的表现: 

Timeout值为0，不管是否有文件满足要求，都立刻返 回，无文件满足要求返回0，有文件满足要求返回一个正值。 

Timeout为NULL，select将阻塞进程，直到某个文件满足要求 

Timeout值为正整数，就是等待的最长时间，即 select在timeout时间内阻塞进程。 

多路复用I/O 

Select调用返回时，返回值有如下情况: 

1. 正常情况下返回满足要求的文件描述符个数; 

2.经过了timeout等待后仍无文件满足要求，返 回值为0; 

3. 如果select被某个信号中断，它将返回-1并设 置errno为EINTR。 

4. 如果出错，返回-1并设置相应的errno。 

            

多路复用I/O

1. 设置要监控的文件 

2. 调用Select开始监控 

3. 判断文件是否发生变化 

   

多路复用I/O 

系统提供了4个宏对描述符集进行操作: #

include <sys/select.h> void FD_SET(int fd, fd_set *fdset) 

void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)

void FD_ZERO(fd_set *fdset) 

void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset) 

宏FD_SET将文件描述符fd添加到文件描述符集fdset中; 

宏FD_CLR从文件描述符集fdset中清除文件描述符fd;

 宏FD_ZERO清空文件描述符集fdset; 

在调用select后使用FD_ISSET来检测文件描述符集fdset中的文件fd发生了变化。 

         

多路复用I/O 

FD_ZERO(&fds); //清空集合 sock1 = socket(......); sock2 = socket(......); bind(sock1,...); bind(sock2,...); listen(sock1,...); listen(sock1,...); FD_SET(sock1,&fds); //设置描述符 FD_SET(sock2,&fds); //设置描述符 maxfdp=(sock1>sock2?sock1:sock2) + 1; 

switch(select(maxfdp,&fds,NULL,NULL,&timeout)) case -1: exit(-1);break; //select错误，退出程序 case 0:break; default: 

if(FD_ISSET(sock1,&fds)) //测试sock1是否可读 accpet(sock1,...)