专题15TCP套接字编程

• • 1. 概述

  
  

存在三种套接字&＃xff1a;流式套接字(SOCK_STREAM)、数据报套接字(SOCK_DGRAM)和原始套接字(SOCK_RAW)。

TCP套接字工作流程&＃xff1a;

首先&＃xff0c;服务器端启动进程&＃xff0c;调用Socket创建一个基于TCP协议的流套接字描述符。

其次&＃xff0c;服务进程调用bind命名套接字&＃xff0c;将套接字描述符绑定到本地地址和本地端口上。

再次&＃xff0c;服务器端调用listen&＃xff0c;开始侦听客户端的Socket连接请求。

接下来&＃xff0c;客户端创建套接字描述符&＃xff0c;并且调用connect向服务器端提交连接请求。服务器端接收到客户端连接请求后&＃xff0c;调用accept&＃xff0c;接受并创建一个新的套接字描述符与客户端建立连接&＃xff0c;然后原套接字描述符继续侦听客户端的连接请求。

客户端与服务器端新套接字进行数据传输&＃xff0c;调用write或send向对方发送数据&＃xff0c;调用read或recv接收数据。

在数据交流完毕后&＃xff0c;双方调用close或者shutdown关闭套字。

• • 1. socket的创建

  
  

函数原型&＃xff1a;

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

PS:在实际编程中&＃xff0c;我们只使用AF_INET协议&＃xff0c;如果需要与本地主机进程建立连接&＃xff0c;只需把远程地址设定为“127.0.0.1”即可。

创建套接实例&＃xff1a;

• 1. 创建AF_INET协议族上的流套接字描述符。

  
  

socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0)

或

socket(AF_INET,SOCK_STREAM, TCP)

• 2. 创建AF_INET协议族上的数据报套接字描述符。

  
  

socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, 0)

或

socket(AF_INET,SOCK_DGRAM, UDP)

• • 2. socket的命名

  
  

函数bind命名一个套接字&＃xff0c;它为该套接字描述符分配一个半相关属性&＃xff0c;其原型如下&＃xff1a;

intbind(int s, const struct sockaddr* name, int namelen);

套接字地址属性结构&＃xff1a;

structsockaddr

{

u_shortsa_family; /*协议族*/

charsa_data[14] /*最多14字节的协议地址*/

}

每个协议族都定义了自己套接字属性结构&＃xff0c;协议族AF_INET使用结构sockaddr_in描述套接字地址信息。

structsockaddr_in

{

shortsin_family; /*16位的地址协议族&＃xff08;AF_INET&＃xff09;*/

u_shortsin_port; /*16位的端口地址*/

structin_addr sin_addr; /*32位的IP地址*/

charsin_zero[8]; /*预留&＃xff0c;保持sockaddr_in与结构sockaddr的长度相同*/

};

structin_addr

{

u_longs_addr;

}

IP地址转换&＃xff1a;

unsignedlong inet_addr(char *ptr);

intinet_aton(char *ptr, struct in_addr *addrptr);

char*inet_ntoa(struct in_addr inaddr);//将IP地址的整数形式转换为字符串格式输出

字节顺序转换&＃xff1a;

u_longhtonl(u_long hostlong);

u_shorthtons(u_short hostshort);

u_longntohl(u_long netlong);

u_shortntohs(u_short netshort);

“h”代表“host”,代表主机字节序

“n”代表“network”&＃xff0c;代表网络字节序。

“l”代表“long”&＃xff0c;代表32位整数

“s”代表“short”&＃xff0c;代表16位整数

例子&＃xff1a;命名套接字描述符s的协议为AF_INET&＃xff0c;地址由系统自动指定&＃xff0c;端口号为1000.

structsockaddr_in sockaddr1; /*申请地址结构空间*/

memset(&sockaddr,0, sizeof(sockaddr)); /*清空空间*/

sockaddr1.sin_family&＃61; AF_INET; /*指定为AF_INET协议族*/

sockaddr1.sin_addr.s_addr&＃61; htonl(INADDR_ANY); /*任何IP地址*/

sockaddr1.sin_port&＃61; htons(10000); /*端口号*/

bind(s,(struct sockaddr *)&sockaddr1, sizeof(sockaddr1));

• • 3. socket的侦听

  
  

函数原型&＃xff1a;

intlisten(int s, int backlog);

PS:listen仅在流套接字中使用。上述参数分别表示套接字描述符和套接字接受连接的最大数目。

例&＃xff1a;服务器端套接字s进入侦听&＃xff0c;最多只能接收客户端的10条申请。

listen(s,10);

/*TCP服务器端套接字准备函数*/

intCreateSock(int *pSock, int nPort, int nMax)

{

structsockaddr_in addrin;

structsockaddr *paddr &＃61; (struct sockaddr*)&addrin;

ASSERT(pSock!&＃61; NULL && nPort > 0 && nMax > 0);

memset(&addrin,0, sizeof(addrin));

addrin.sin_family&＃61; AF_INET;

addrin.sin_addr.s_addr&＃61; htonl(INADDR_ANY);

addrin.sin_port&＃61; htons(nPort);

ASSERT((*pSock&＃61;socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) > 0);

if(VERIFY(bind(*pSock,paddr,sizeof(addrin))>&＃61; 0)&& VERIFY(listen(*pSock,nMax) >&＃61;0))

return0;

VERIFY(close(*pSock)&＃61;&＃61; 0);

return1;

}

• • 4. Socket的连接处理

  
  

函数原型&＃xff1a;

intaccept(int s, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

/*TCP服务器端接收连接函数*/

intAcceptSock(int *pSock, int nSock)

{

structsockaddr_in addrin;

intlSize;

ASSERT(pSock!&＃61; NULL && nSock > 0);

while(1)

{

lSize&＃61; sizeof(addrin);

memset(&addrin,0, sizeof(addrin));

if((*pSock&＃61; accept(nSock,(structsockaddr*)&addrin,&lSize))> 0)

return0;

elseif(errno &＃61;&＃61; EINTR)

continue;

else

ASSERT(0);

}

}

• • 5. socket的关闭

  
  

函数原型&＃xff1a;

intshutdown(int s, int how);

函数shutdown可以全部关闭或者部分关闭套接字描述符s的连接&＃xff0c;参数how指定了套接字关闭的方式&＃xff0c;取值含义如下&＃xff1a;

How取值	描述
0	套接字不可读&＃xff0c;系统将自动丢弃接收到的数据和留在缓冲区中的数据&＃xff0c;进程不能再从套接字中接收通信数据
1	套接字不可写&＃xff0c;系统将写缓冲区的数据发送完毕后关闭套接字写操作&＃xff0c;进程不能再从套接字中发送通信数据
2	彻底关闭套接字的连接

shutdown是强制性关闭全部套接字连接&＃xff0c;而函数close只将套接字访问计数器减1&＃xff0c;当且仅当计数器值为0时&＃xff0c;系统才真正地关闭套接字通信。

PS&＃xff1a;利用close的这个特性&＃xff0c;可以建立Socket通信的服务器端的并发管理&＃xff1a;父进程首先创建侦听套接字&＃xff0c;一旦接收到连接请求则创建新的套接字与客户连接&＃xff0c;再fork子进程&＃xff0c;随后父进程调用close关闭新创建的套接字后继续侦听&＃xff0c;子进程则调用close关闭侦听套接字&＃xff0c;全权负责与客户端的通信。

• • 1. Socket的连接申请

  
  

函数原型&＃xff1a;

intconnect(int s, const struct sockaddr *name, int namelen);

/*********TCP客户端函数**********/

intConnectSock(int *pSock, int nPort, char *pAddr)

{

structsockaddr_in addrin;

longlAddr;

intnSock;

ASSERT(pSock!&＃61; NULL && nPort > 0 && pAddr !&＃61; NULL);

/***创建TCP套接字描述符***/

ASSERT((nSock&＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, p)) > 0);

/***协议地址组包*****/

memset(&addrin,0, sizeof(addrin));

addrin.sin_family&＃61; AF_INET;

addrin.sin_addr.s_addr&＃61; inet_addr(pAddr);

addrin.sin_port&＃61; htons(nPort);

if(VERIFY(connect(nSock,(struct sockaddr *)&addrin, sizeof(addrin)) > &＃61; 0))

{

/***连接成功&＃xff0c;返回套接字描述符***/

*pSock&＃61; nSock;

return0;

}

close(nSock);

return1;

}

• • 2. TCP数据的发送

  
  

套接字一旦连接上&＃xff0c;就可以发送数据。

函数原型&＃xff1a;

intsend(int s, const void *msg, int len, int flags);

flags标志&＃xff1a;

MSG_OOB&＃xff1a;发送外带数据

MSG_DONTROUTE&＃xff1a;通知远程IP就在本地局域网内&＃xff0c;消息中不加入跌幅消息

• • 3. TCP数据的接收

  
  

函数原型&＃xff1a;

intrecv(int s, void *buf, int len, int flags);

flags标志:

MSG_OOB&＃xff1a;接收外带数据

MSG_PEEK&＃xff1a;以窥视方式接收数据&＃xff0c;即只接收而不从缓冲区中删除数据&＃xff0c;下一次调用recv或read仍然可以接收这些数据

MSG_WAITALL&＃xff1a;函数阻塞直到读取len字节数为止。不过本地标志并并非完全阻塞&＃xff0c;当进程接收到信号&＃xff0c;套接字出错、连接中断或指定了MSG_PEEK等情况出现时函数仍然会提前返回

• • 4. 其他一些相关函数

  
  

structhostent *gethostbyname(const char *name);

structhostent *gethostbyaddr(const char *addr, int len, int type);

voidherror(const char *string);//不能使用perror

structservent *getservbyname(const char *name, const char *proto);

structservent *getservbyport(int port, const char *proto);

intgetsockname(int s, struct sockaddr *name, int *namelen);

intgetpeername(int s, struct sockaddr *name, int *namelen);

• • 5. 套接字选项

  
  

函数原型&＃xff1a;

intgetsockopt(int s, int level, int optname, void *optval, int *optlen);

intsetsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, intoptlen);

相关选项说明&＃xff1a;

1. SO_DEBUG

本选项只支持TCP协议&＃xff0c;当选项打开时&＃xff0c;系统内核跟踪套接字发送和接收的全部TCP数据记录。

2. SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT

当尝试将一个套接绑定到某个端口时&＃xff0c;如果该端口已经被占用了&＃xff0c;一般情况下&＃xff0c;绑定会失败&＃xff0c;如果设置了此选项&＃xff0c;系统能够让套接字bind到正在使用的地址或端口上。

3. SO_KEEPALIVE

本选项是周期性地测试套接字连接是否依然存在。

4. SO_DONTROUT

本选项控制发送消息是否越过协议的路由机制&＃xff0c;打开时套接字将绕过协议的路由机制发送的数据。

5. SO_LINGER

当缓冲区中还有数据尚未发送时&＃xff0c;套接字的默认关闭机制是系统将这些数据立即发送对方&＃xff0c;但不等待对方确认接收马上关闭套接字。SO_LINGER可以改变这个设置&＃xff0c;它的数据传递通过结构linger完成。linger的结构定义如下&＃xff1a;

structlinger

{

intl_onoff;//选项开关

intl_linger;//延时时间

}

结构linger成员取值含义如下&＃xff1a;

L_onoff	L_linger	关闭机制
0	忽略	默认关闭机制
非0	0	直接丢弃缓冲区&＃xff0c;立即关关套接字
非0	非0	等待缓冲区数据发送完毕或者延时l_linger秒后关闭套接字。如果套接字非阻塞选项打开&＃xff0c;则立即关闭

6. SO_BROADCAST

控制能否发送套接字数据广播&＃xff0c;只用于数据报套接字和支持广播信息的网络上。

7. SO_OOBINLINE

此选项打开时允许外带数据留在输入队列中&＃xff0c;此时函数read和recv可以在不指明MSG_OOB标志的情况下读取外带数据。

8. SO_SNDBUF和SO_RCVBUF

每个套接都有一个发送缓冲区和接收缓冲区&＃xff0c;这两个缓冲区由底层的协议使用&＃xff0c;选项SO_SNDBUF可以改变发送缓冲区的大小&＃xff0c;选项SO_RCVBUF可以改变接收缓冲区的大小。客户端必须在connect前设置SO_RCVBUF选项&＃xff0c;服务器端必须在listen前设置SO_RCVBUF选项&＃xff0c;才可以有效地更改缓冲区的容量大小。

9. SO_SNDLOWAT和SO_RCVLOWAT

这两个选项分别可以改变最小发送数据量和最小接收数据量。

10. SO_SNDTIMEO和SO_RCVTIMEO

这两个选项用于设置发送数据和接收数据设置一个超时时间。超时时间采用结构timeval描述。

11. SO_TYPE

调用本选项可以获取套接字的类型&＃xff0c;返回值为SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM或SOCK_RAW等&＃xff0c;此选项不能用于setsockopt中。

12. SO_ERROR

调用本选项可以获取并且清除套接字错误&＃xff0c;不能应用于函数setsockopt中。