如何使用Linux套接字？-阿里云开发者社区

图1 OSI模型

1.套接字

套接字是通过操作系统(OS)完成网络通信的一种标准方法。可以将套接字看作是与连接相连的一个终端，就像是操作员配电盘上的一个插座一样。但是这些套接字只是程序员的抽象称呼，它们负责有文描述的OSI模型的所有基本细节。对程序员来说，可以使用一个套接字通过网络发送或接收数据。这些数据在较低的层（由操作系统处理）之上的会话层(5)传输，该层负责路由。有几种不同的套接字，它们决定了传输层的结构。最常见的类型是流套接字和数据报套接字。

流套接字提供了可靠的双向通信，这类似于您和他人打电话。一方向另一方发起连接，建立连接之后，任何一方都可以和另一方通信。此外，您所说的话实际上是否到达目的地能够得到快速证实。流套接字使用一种称为传输控制协议（Transmission Control Protocol，TCP）的标准通信协议，这个协议存在于OSI模型的传输层(4)。在计算机网络上，数据通常以我们称之为包的大数据块的形式传输。TCP被设计为数据包按顺序到达目的地并且无差错，就像在电话中讲话时，单词以它们被说出的顺序到达另一端一样。Web服务器、邮件服务器以及它们各自的客户应用程序都使用TCP和流套接字进行通信。

另一种常见的套接字类型是数据报套接字。使用数据报套接字通信更像是邮寄一封信而不是打电话。连接是单向的并且不可靠。如果您寄了几封信，您将不能确定它们是否按照和邮寄时相同的顺序到达目的地，甚至连能否被送达目的地也不能保证。邮政服务相当可靠，但Intemet并不可靠。数据报套接字在传输层(4)上使用另一种称为UDP的标准协议来代替TCP。UDP代表用户数据报协议(User Datagram Protocol)，意味着可以用它来创建自定义协议。这个协议非常基本并且是轻量级的，它只内置了很少的保护措施。它并不是一种真正的连接，只是一种从一端向另一端发送数据的基本方法。使用数据报套接字时，协议中的系统开销非常少，但协议完成的功能也不多。如果程序需要证实另一方接收到了数据包，必须编程使另一方回送一个确认包。有些情况下，可以接受数据包的丢失。数据报套接字和UDP普遍用于网络游戏和流媒体，因为开发人员可以根据需要精确地修整他们的通信，而不会存在像TCP那样的固有系统开销。

2.套接字函数

在C语言中，套接字的行为类似于文件，因为它们使用文件描述符来标识它们自己。套接字的行为与文件非常相似，实际上利用套接字文件描述符，可以使用read()和write()函数接收和发送数据。但是，有几个函数是专门设计用来处理套接字的。在/usr/include/sys/socket.h文件中有这些函数原型的定义。

extern int socket (int __domain, int __type, int __protocol) __THROW;

用于创建一个新套接字，返回一个表牙示套接字后的文件描述符，错误时遣返回-1。 extern int connect (int __fd, __CONST_SOCKADDR_ARG __addr, socklen_t __len);

将一个套接字（由文件描述符fd指定）连接到远程主机。成功返回0，错误返回-1。

L isten(int fd,int backlog_queue_size)

侦听传入的连接并将连接请求排队，：直到数量达到backlog_queue_size。成功返回0，错误返回-1。

extern int accept (int __fd, __SOCKADDR_ARG __addr, socklen_t *__restrict __addr_len);

一个绑定的端口上接受一个传入连接。远程主机的地址信息写入remote_host结构中，地址结构的实际大小写入到addr_len中。这个函数返回一个新套接字文件描述符来标识已经连接的套接字，错误返回-1。

extern ssize_t send (int __fd, __const void *__buf, size_t __n, int __flags);

从*__buf向套接字fd发送n个字节，返回值为发送的字节数,错误返回-1。

extern ssize_t recv (int __fd, void *__buf, size_t __n, int __flags);

从套接字fd接收n个字节到*__buf中，返回值为收到的字节数，错误返回-1。

使用socket()函数创建套接字时，必须指定套接字的域(domain)、类型(type)和切协议( protocol)。域指的是套接字的协议族。套接字可以使用各种协议进行通信，从浏览Web时使用的标准Internet协议到诸如AX.25,这样的业余无线电协议（如果您是一个无线电发烧友）。这些协议族在bits/socket.h中定义，它自动包含在sys/socket.h中。

/usr/include/bits/socket.h 片段1

/* Protocol families. */

#define PF_UNSPEC 0 /* Unspecified. */

#define PF_LOCAL 1 /* Local to host (pipes and file-domain). */

#define PF_UNIX PF_LOCAL /* Old BSD name for PF_LOCAL. */

#define PF_FILE PF_LOCAL /* Another non-standard name for PF_LOCAL. */

#define PF_INET 2 /* IP protocol family. */

#define PF_AX25 3 /* Amateur Radio AX.25. */

#define PF_IPX 4 /* Novell Internet Protocol. */

#define PF_APPLETALK 5 /* Appletalk DDP. */

#define PF_NETROM 6 /* Amateur radio NetROM. */

#define PF_BRIDGE 7 /* Multiprotocol bridge. */

#define PF_ATMPVC 8 /* ATM PVCs. */

#define PF_X25 9 /* Reserved for X.25 project. */

#define PF_INET6 10 /* IP version 6. */

如前所述，虽然流套接霉字和数据报套接字最常使用，但还有其他几种类型的套接字。套接字的类型也定义在bits/socket.h中（上面代码中的/*comment*/是另一种形式的注释，它将所有处于星号之间的内容作为注释）。 /usr/include/bits/socket.h 片段2

/* Types of sockets. */

enum __socket_type

{

SOCK_STREAM = 1, /* Sequenced, reliable, connection-based

byte streams. */

#define SOCK_STREAM SOCK_STREAM

SOCK_DGRAM = 2, /* Connectionless, unreliable datagrams

of fixed maximum length. */

#define SOCK_DGRAM SOCK_DGRAM

SOCK_RAW = 3, /* Raw protocol interface. */

#define SOCK_RAW SOCK_RAW

SOCK_RDM = 4, /* Reliably-delivered messages. */

#define SOCK_RDM SOCK_RDM

SOCK_SEQPACKET = 5, /* Sequenced, reliable, connection-based,

datagrams of fixed maximum length. */

#define SOCK_SEQPACKET SOCK_SEQPACKET

SOCK_PACKET = 10 /* Linux specific way of getting packets

at the dev level. For writing rarp and

other similar things on the user level. */

#define SOCK_PACKET SOCK_PACKET

};

S ocket()函数的最后一个参数是协议，该参数通常为0。该函数的详细说明书允许使用一个协议族中的多个协议，因此这个参数用来从协议族中选择一个协议。但是，实际上大多数协议族中仅有一个协议，这意味着这个参数通常被设置为0，即选用协议族列表中第一个也是唯一的一个协议。本文使用套接字所做的事情也是这种情况，所以在我们的例子中这个参数总是0。

3.套接字地址

许多套接字函数引用一个sockad出结构来传递定义了一个主机的地址信息。这个结构也定义在bits/socket.h中，如后面所示。

/usr/include/bits/socket.h 片段3

/* Get the definition of the macro to define the common sockaddr members. */

#include <bits/sockaddr.h>

/* Structure describing a generic socket address. */

struct sockaddr

{

__SOCKADDR_COMMON (sa_); /* Common data: address family and length. */

char sa_data[14]; /* Address data. */

};

宏SOCKADDR_COMMON在文件bits/sockaddr.h中定义，其本质是将参数转换为一个无符号短整型数。这个值定义了地址的地址族，结构的其余部分用于保存地址数据。因为套接字可以使用各种协议族进行通信，根据地址族的不同，每个协议族都有自己的定义终端地址的方法，所以必须将地址定义为变量。可用的地址族也在bits/socket.h中定义，它们通常直接转换成相应的协议族。

/usr/include/bits/socket.h 片段4

/* Address families. */

#define AF_UNSPEC PF_UNSPEC

#define AF_LOCAL PF_LOCAL

#define AF_UNIX PF_UNIX

#define AF_FILE PF_FILE

#define AF_INET PF_INET

#define AF_AX25 PF_AX25

#define AF_IPX PF_IPX

#define AF_APPLETALK PF_APPLETALK

#define AF_NETROM PF_NETROM

#define AF_BRIDGE PF_BRIDGE

#define AF_ATMPVC PF_ATMPVC

#define AF_X25 PF_X25

#define AF_INET6 PF_INET6

#define AF_ROSE PF_ROSE

#define AF_DECnet PF_DECnet

#define AF_NETBEUI PF_NETBEUI

#define AF_SECURITY PF_SECURITY

#define AF_KEY PF_KEY

#define AF_NETLINK PF_NETLINK

#define AF_ROUTE PF_ROUTE

#define AF_PACKET PF_PACKET

#define AF_ASH PF_ASH

#define AF_ECONET PF_ECONET

#define AF_ATMSVC PF_ATMSVC

#define AF_SNA PF_SNA

#define AF_IRDA PF_IRDA

#define AF_PPPOX PF_PPPOX

#define AF_WANPIPE PF_WANPIPE

#define AF_BLUETOOTH PF_BLUETOOTH

#define AF_MAX PF_MAX

因为地址可以包含不同类型的信息（这取决于地址族），所以有其他几种地址结构，它们在地址数据部分包含了来自于sockaddr结构的公共元素以及地址族的特殊信息。这些结构大小相同，因此可以将它们从一种类型强制转换到另一种类型。这意味着socket()函数会简单地接受一个指向sockaddr结构的指针，而这个指针事实上可以指向一个IPv4、IPv6或X.25地址。这样就允许套接字函数操作各种协议了。

本文转自李晨光 51CTO博客，原文链接： http://blog.51cto.com/chenguang/581159 ，如需转载请自行联系原作者

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