Socket的基本操作

socket的基本操作：

（1）socket()函数：
（2）bind()函数：
（3）listen(),connect()函数；
（4）accept()函数；
（5）socket中的发送与接收函数：
（6）close()函数：
（7）服务器上调用socket函数：
（8）客户端调用socket函数：
（9）IP地址转换函数：inet_pton, inet_ntop, inet_addr:

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（1）socket()函数：

1）函数原型：

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

2）分析：

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符。

3）参数：

1.domain：即协议域，又称为协议族（family）：

常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）。
用来区分是创建ipv4的套接字（AF_INET）还是ipv6的套接字(AF_INET6)。

AF_UNIX, 表示这个socket既不是ipv4的socket, 也不是ipv6的socket, 而是非网络形式的unix域socket, 可以用来进行非网络形式的进程间通信（本地进程间的通信）。

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2.type：指定socket类型：
常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。
1.SOCK_STREAM 这个协议是按照顺序的、可靠的、数据完整的基于字节流的连接。这是一个使用最多的socket类型，这个socket是使用TCP来进行传输。
2.SOCK_DGRAM 这个协议是无连接的、固定长度的传输调用。该协议是不可靠的，使用UDP来进行它的连接。
3.SOCK_RAW 这个socket类型提供单一的网络访问，这个socket类型使用ICMP公共协议。（ping、traceroute使用该协议）

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3.protocol：公共协议;
常用的公共协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

注意：上面的type和protocol不是可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

4）返回值：
返回的socket描述字，标识套接字。返回值存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

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（2）bind()函数：

1）作用：

将特定的ip地址，port端口号绑定到socket上；
bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。
将socket与你本机上的一个端口相关联（往往当你在设计服务器端程序时需要调用该函数。随后你就可以在该端口监听服务请求;而客户端一般无须调用该函数）。

2）原型：

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

3）参数：

1.sockfd：即socket描述字：
它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。

addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址，包含有关你的地址的信息：名称、端口和IP 地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同。

如ipv4对应的是：

struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
    struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
    //通常设定设定sin_addr为INADDR_ANY（表示任意的意思）
};

/* Internet address. */
/*sin_addr结构体中只有一个唯一的字段s_addr，表示IP地址，该字段是一个整数，一般用函数inet_addr（）把字符串形式的IP地址转换成unsigned long型的整数值后再置给s_addr。*/
struct in_addr {
    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
};

可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号：

    my_addr.sin_port = 0;    /* 系统随机选择一个未被使用的端口号 */
    my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;   /* 填入本机IP地址 */ 

注意：
1.服务程序在为其socket绑定IP地址时可以把htonl(INADDR_ANY)置给s_addr，这样做的好处是不论哪个网段上的客户程序都能与该服务程序通信；
2.如果只给运行在多宿主机上的服务程序的socket绑定一个固定的IP地址，那么就只有与该IP地址处于同一个网段上的客户程序才能与该服务程序通信。

ipv6对应的是：

struct sockaddr_in6 {
    sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */
    in_port_t       sin6_port;     /* port number */
    uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */
    struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */
    uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */
};

struct in6_addr {
    unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */
};

Unix域对应的是：

#define UNIX_PATH_MAX    108

struct sockaddr_un {
    sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */
    char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */
};

3）addrlen：对应的是地址的长度。

4）通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；
客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。
这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

5）返回值：
bind()函数在成功被调用时返回0，当bind()函数调用错误的时候，它也是返回–1 作为错误发生的标志。errn 的值为错误代码。小于1024 的所有端口都是保留下来作为系统使用端口的，没有root 权利无法使用。你可以使用1024 以上的任何端口，一直到65535。调用bind（）的常见错误是EADDRINUSE，即指定的地址正在使用，主要是指定的端口号被使用了，IP地址可以被多个进程使用，但端口在同一时刻只能被一个进程使用。

6）bind范例：
下面是一个bind函数调用的例子：

    struct sockaddr_in saddr;
    memset((void *)&saddr,0,sizeof(saddr));
    saddr.sin_family = AF_INET;
    saddr.sin_port = htons(8888);
    saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    //saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.22.5"); 绑定固定IP
    bind(ListenSocket,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));

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（二）网络字节序 与 主机字节序：

（1）主机字节序：
主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型。这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：

a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。
如32位的十六进制数0x12345678存储在4个字节的内存中为：78存储在第一个字节，56存储在第二个字节，34为第三个字节，12为第四个字节。

b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。
如32位的十六进制数0x12345678存储在4个字节的内存中为：12存储在第一个字节，34存储在第二个字节，56为第三个字节，78为第四个字节。

c）大端小端范例图及其比较：
1.范例图：

2.比较：
采用大端方式 进行数据存放符合人类的正常思维，而采用小端方式进行数据存放利于计算机处理。

（2）网络字节序：
http://blog.csdn.net/legend050709/article/details/39890997

（3）注意：
在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

（2.1）htonl()：

1）原型：

unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong);

2）背景：
计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换。
几个字节顺序转换函数：
htons()–“Host to Network Short” ; htonl()–“Host to Network Long”
ntohs()–“Network to Host Short” ; ntohl()–“Network to Host Long”
在这里， h表示”host” ，n表示”network”，s 表示”short”，l表示 “long”。

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（3）listen()函数：

1）原型：

int listen(int sockfd, int backlog);

2）作用：

调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

3）参数：

sockfd 是一个套接字描述符，为要监听的socket描述字。
backlog相应socket可以排队的最大连接个数。
backlog 具体一些是什么意思呢？每一个连入请求都要进入一个连入请求队列，等待listen 的程序调用accept()（accept()函数下面有介绍）函数来接受这个连接。当系统还没有调用accept()函数的时候，如果有很多连接，那么本地能够等待的最大数目就是backlog 的数值。

4）返回值：

listen()如果返回 –1 ，那么说明在listen()的执行过程中发生了错误。

5）注意：

socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

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（3.1）connect()函数；

1）原型：

int connect (int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

2）参数：
sockfd ：套接字文件描述符，由socket()函数返回的，此中为客户端的sockfd。
serv_addr 是一个存储远程计算机的IP 地址和端口信息的结构，一般为服务器的ip与port的结构。
addrlen 应该是sizeof(struct sockaddr)。

3）作用：
客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

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（4）accept()函数；

0）过程1：
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

1.0)过程2：
1.有人从很远很远的地方尝试调用connect()来连接你的机器上的某个端口（当然是你已经在listen()的）。
2.他的连接将被listen 加入等待队列等待accept()函数的调用（加入等待队列的最多数目由调用listen()函数的第二个参数backlog 来决定）。
3.你调用accept()函数，告诉他你准备连接。
accept函数将回返回一个新的套接字描述符，这个描述符就代表了这个连接！

1）原型：

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

2）参数：

sockfd ：为服务器的socket描述字；
addr：存储着远程连接过来的计算机的信息（比如远程计算机的IP 地址和端口）。用于返回客户端的协议地址。
addrlen：sizeof(struct sockaddr_in)

3）返回值：

如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

4）注意：

1.accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字.
2.accept函数返回的是已连接的socket描述字.
3.一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。
4.内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已连接socket描述字就被关闭。

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（5）socket中的发送与接收函数：

http://blog.csdn.net/legend050709/article/details/39804275

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（6）close()函数：

1）背景：

完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

2）原型：

int close(int sockfd);

3）作用：

套接字将不会在允许进行读操作和写操作。任何有关对套接字描述符进行读和写的操作都会接收到一个错误。

4）shutdown():

1.原型：

#include <sys/socket.h>
int shutdown（int sockfd, int how）;

2.作用：

允许你进行单向的关闭操作，或是全部禁止掉。

3.参数：

sockfd :是一个你所想关闭的套接字描述符．
how :可以取下面的值:
0 表示不允许以后数据的接收操作；
1 表示不允许以后数据的发送操作；
2 表示和close()一样，不允许以后的任何操作（包括接收，发送数据）

（7）服务器上调用socket函数：

1）顺序：
socket（）————bind（）————listen（）————accept（）：

调用socket()函数创建一个套接字。
调用bind()函数把自己绑定在一个地址上。
调用listen()函数侦听连接。
调用accept()函数接受所有引入的请求。
调用recv()函数获取引入的信息然后调用send()回答。

（8）客户端调用socket函数：

socket()->connect():

（9）getsockname函数：

1）原型：

int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *name, socklen_t *namelen);
int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *peeraddr, int *addrlen);

2）作用：

getsockname: 返回本地协议地址：getpeername：返回远程协议地址

当不用bind（）或调用bind（）没有指定本地协议地址时，可以调用getsockname（）来返回内核分配给此连接的本地IP地址和端口号，还可以获得某套接口的协议族。
当一个新的连接建立时，服务器也可以调用getsockname（）来获得分配给此连接的本地IP地址。

当一个服务器的子进程调用exec函数启动执行时，只能调用getpeername()函数来获得客户的Ip地址和端口号。

3）参数：

sockfd：需要获取名称的套接字。
name：存放所获取套接字名称的缓冲区。
nemalen：作为入口参数，name指向空间的最大长度。

4）适用情况：

getsockname()函数用于获取一个套接口的名字。它用于一个已捆绑或已连接套接口s，本地地址将被返回。本调用特别适用于如下情况：未调用bind()就调用了connect()，这时唯有getsockname()调用可以获知系统内定的本地地址。在返回时，namelen参数包含了名字的实际字节数。

（9.0）IP地址转换函数： inet_addr：

1）原型：

 in_addr_t inet_addr(const char * strptr);

2）作用：

将字符串IP地址转换为IPv4地址结构in_addr值。

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（9）IP地址转换函数：inet_pton：

1）作用：[将”点分十进制” -> “整数”]:

在将IP地址在“点分十进制”和“整数”之间转换。且可以处理能够处理ipv4和ipv6。

2）原型：

int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);

//这个函数转换字符串到网络地址，第一个参数af是地址族，转换后存在dst中。

3）说明：

inet_pton是inet_addr的扩展，支持的多地址族有下列：
af = AF_INET
src为指向字符型的地址，即ASCII的地址的首地址（ddd.ddd.ddd.ddd格式的），函数将该地址转换为in_addr的结构体，并复制在*dst中。

af = AF_INET6
src为指向IPV6的地址，函数将该地址转换为in6_addr的结构体，并复制在*dst中。

4）返回值：

如果函数出错将返回一个负值，并将errno设置为EAFNOSUPPORT，如果参数af指定的地址族和src格式不对，函数将返回0。

（10）IP地址转换函数： inet_ntop

1)作用：[将”整数” -> “点分十进制”]

这个函数转换网络二进制结构到ASCII类型的地址，参数的作用和上面相同，只是多了一个参数socklen_t cnt,
//他是所指向缓存区dst的大小，避免溢出，如果缓存区太小无法存储地址的值，则返回一个空指针，并将errno置为ENOSPC。

2）原型：

const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t cnt);
int inet_pton(int af, const *src, void* dst);

3）范例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main (void)
{
  char IPdotdec[20]; // 存放点分十进制IP地址
  struct in_addr s;  // IPv4地址结构体
  // 输入IP地址
  printf("Please input IP address: ");
  scanf("%s", &IPdotdec);
  // 转换
  inet_pton(AF_INET, IPdotdec, (void *)&s);
  printf("inet_pton: 0x%x\n", s.s_addr); // 注意得到的字节序
  // 反转换
  inet_ntop(AF_INET, (void *)&s, IPdotdec, 16);
  printf("inet_ntop: %s\n", IPdotdec);
}