BSD socket编程学习

1.socket简介

BSD是实现TCP/IP协议通信的软件系统，socket是应用编程接口，为app提供使用TCP/IP协议通信的接口。

网络层IP提供点到点服务（IP地址标识），传输层TCP和UDP提供端到端的服务（端口号标识）。

2.socket地址结构

2.1 两种socket结构

socket则需要包含了所有这些信息，IP地址，端口号等，那么socket的包含所有这些信息的数据结构和使用方式又是什么样的呢？

有两种socket地址包含了这些信息，一种是linux内核kernel所采用的存储结构sockaddr, 另外一种是具有互联网风格的sockaddr_in，这两种格式是兼容的

//sys/socket.h
/*
 * [XSI] Structure used by kernel to store most addresses.
 */
struct sockaddr {
    __uint8_t      sa_len;        /* total length */
    sa_family_t    sa_family;    /* [XSI] address family */
    char           sa_data[];    /* [XSI] addr value (actually larger) */
};

可以看到OS采用的这种sockaddr结构 存储绝大部分的地址

//netinet/in.h
/*
 * Socket address, internet style.
 */
struct sockaddr_in {
    __uint8_t      sin_len;
    sa_family_t    sin_family;
    in_port_t      sin_port;
    struct         in_addr sin_addr;
    char           sin_zero[];
};

/*
 * Internet address (a structure for historical reasons)
 */
struct in_addr {
    in_addr_t s_addr;
};

sockaddr_in这种风格的数据结构便于进行（因特网）网络通信，所以常常需要在这两种格式间进行转换。

2.2 两种socket地址结构转换

对于转换函数htons，htonl，inet_addr，inet_aton，inet_ntoa等

2.2.1 本地->网络

• 将主机字节顺序转化为网络字节顺序：htons，htonl

1. htons 将主机的无符号短整型数转换成网络字节顺序，与之相反的是ntohs；
2. htonl 将主机的无符号长整型的网络字节顺序，与之相反的是ntohl；

• IP地址，将字符串转换为32bit的IP地址：inet_addr，inet_aton

1. inet_addr 将字符串转换为32bit二进制网络字节序的ipv4地址(in_addr)   e.g."127.0.0.1"-> uint32_t, 点分形式“a.b.c.d”任何一项都不能超过255，否则返回INADDR_NONE；
2. inet_aton将一个字符串IP地址转化为一个32bit的网络序列ipv4地址, 与inet_addr的区别就是它认为“a.b.c.d”中任意一项=255都是有效地， 与之相反的是inet_ntoa；

2.2.2 网络->本地

• 将网络字节顺序转化为主机字节顺序：ntohs，ntohl
• IP地址，将32bit的网络IP地址 转换为 点分形式字符串: inet_aton

2.2.3大端序和小端序

为什么要进行这些麻烦的转化呢？

主要原因是在进行网络通信时候，使用的是网络字节顺序NBO（Network Byte Order），按从高位到低位的顺序存储、发送，即MSB（高位字节优先），这样避免兼容问题；

但是在本地主机存储的时候，却使用的是主机字节顺序HBO（Host Byte Order），这是跟具体的CPU设计相关的。

这就引出另外一个问题：大端序和小端序。

• 大端序 最高字节数存储在内存地址最低位(起始位)（可以简单理解成尾端最大（高）字节）

假如现在内存中地址位为0x10的位置处，存储了一个4B数据0x07654321 ->

地址	内容	数的字节位
0x13	0x21
0x12	0x43
0x11	0x65
0x10	0x07	最高位

• 小端序最低字节数存储在内存地址最低位(起始位)（可以简单理解成尾端最小（低）字节）

假如现在内存中地址位为0x10的位置处，存储了一个4B数据0x07654321 ->

地址	内容	数的字节位
0x13	0x07
0x12	0x65
0x11	0x43
0x10	0x21	最低位

判断方法，最好只看起始位（地址低位）是最高字节数据（大端序）还是最低字节数据（小端序）。

3.编程模型

Server

步骤	内容	data structure/API	备注
1	初始化socket地址(internet风格 协议簇, IP地址, 端口号)	struct sockaddr_in	无
2	创建socket (tcp/udp, 字节流等)	socket()	无
3	绑定socket和socket地址(本地系统风格)	bind()	无
4	监听socket(IP地址和端口)	listen()	无
5*	接收连接请求	accept()	响应客户端连接请求connect()
6*	发送数据	send()	向连接的客户端发送数据
7*	接收数据	recv()	接收连接的客户端发送数据
8	关闭socket	close()	无