基本的套接字编程

socket函数

想要执行网络I/O，首先需要调用socket函数创建套接字，需要头文件#include <sys/socket.h>

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

参数：

• domain : 执行协议域，取值如下：

domain 说明

AF_INET IPV4协议

AF_INET6 IPV6协议

AF_LOCAL Unix 域协议

AF_ROUTE 路由套接字

AF_KEY 密钥套接字

• type : 套接字类型，取值如下

type 说明

SOCK_STREAM 字节流套接字

SOCK_DGRAM 数据报套接字

SOCK_SEQPACKET 有序分组套接字

SOCK_RAW 原始套接字

• protocol : 某个协议类型常值，或者设置为0。

protocal 说明

IPPROTO_TCP TCP传输协议

IPPROTO_UDP UDP传输协议

IPPROTO_SCTP SCTP传输协议

如果使用默认，protocol可以填0。

返回值：

成功时返回一个int型整数，是一个类似于文件描述符的网络套接字描述符。

? 出错返回-1。

注：在本函数中，domain 和 type的组合不一定有效，有效的组合如下所示：

AF_INET AF_INET6 AF_LOCAL AF_ROUTE AF_KEY

SOCK_STREAM TCP / SCTP TCP / SCTP 是

SOCK_DGRAM UDP UDP 是

SOCK_SEQPACKET SCTP SCTP 是

SOCK_RAW IPV4 IPV6 是 是

其中domain还有以PF_开头的，还有其他BSD支持的协议域，不过多介绍。表格中“是”表示可以组合，但是没有有效的名称，空白是无效组合。

connect 函数（客户端）

如果客户端想要连接服务器，必须使用connect函数完成，需要引入头文件#include <sys/socket.h>。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);

参数：

• sockfd : 是之前socket函数返回的套接字描述符。
• servaddr : 指向服务器套接字地址结构体的指针，必须含有服务器的IP地址和端口。
• addrlen : 指向服务器套接字地址结构体的大小。

返回值：
? 成功，返回0；
? 失败，返回-1，并设置error值。

注意：

1. 客户端在调用connect前不一定非要调用bind函数，因为内核会确定源IP地址，并选择一个临时端口作为源端口。
2. 如果是TCP套接字，调用connect函数将激发三次握手过程。在连接建立成功或出错时返回。出错情况如下：ETIMEDOUT : 客户端没有收到SYN分节的响应。ECONNREFUSED : 服务器对客户端SYN的响应是RST(复位)，说明服务器在指定的端口上没有进程在等待与之连接(硬件错)。EHOSTUNREACH / ENETUNREACH : 客户端发送的SYN在某个路由器引发了目的地不可达的ICMP错误(软错误)。

bind函数

如果想要将socket函数创建的套接字与一个本地协议地址捆绑起来，需要使用bind函数，头文件#include <sys/types.h> #include <sys/socket.h>。

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

参数：

• sockfd : 调用socket函数返回的套接字。
• myaddr : 指向特定协议地址结构体的指针。
• addrlen : 特定协议地址结构体的大小。

返回值：
? 成功，返回0；
? 失败，返回-1，并设置error值。

? 出错情况：

? EADDRINUSE : 地址已经使用

注意：

1. bind函数捆绑时，可以指定IP和端口，也可以不指定，不指定的话内核会要为相应的套接字选择一个临时端口，但是如果是服务器创建出来的套接字地址信息客户端不会知道。
2. bind指定IP端口和不指定产生的结果如下：

IP 端口 结果

非指定 0 内核选择IP和端口

非指定 非0 内核选择IP，进程指定端口

指定本机IP 0 进程指定IP，内核选择端口

指定本机IP 非0 进程指定IP和端口

1. 如果想指定地址为通配地址，IPV4为INADDR_ANY，IPV6为in6addr_any，头文件为#include <netinet/in.h>。

servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);	//ipv4
servaddr.sin6_addr = in6addr_any;	//ipv6

4. bind并不返回内核所选择的临时端口的值。因为const限定，如果想要得到内核选择的临时端口，需要使用getsockname来返回协议地址。

listen函数（服务器）

服务器如果需要监听客户端连接，需要使用listen函数，头文件#include <sys/socket.h>。

int listen(int sockfd, int backlog);

参数：

• sockfd : 之前socket函数创建的套接字描述符
• backlog : 规定了内核应该为该套接字排队的最大连接个数。内核为监听套接字维护了两个队列。一个是未完成连接队列，主要是客户端发出SYN到服务器，服务器正在等待完成相应的TCP三路握手过程，此时套接字处于SYN_RCVD状态。另一个是已经完成的队列，此时套接字处于ESTABLISHED状态。badklog就是两个队列之和的最大值。调用listen函数后，将已经完成连接队列的队头返回返回给进程；如果队列为空，进程将睡眠，直到TCP在该队列中放入一项才唤醒它。不要把backlog设置为0，因为不同的实现对此有不同的解释。老内核一般指定为5，但是高并发下，该值偏小不够用，新内核支持比较大的值。

返回值：

? 成功，返回0；
? 失败，返回-1，并设置error值。
注意：

1. 该函数必须在accept之前调用。
2. 当使用socket函数创建一个套接字时，它默认是一个主动套接字。而listen函数将一个未连接的套接字转换为被动套接字，指示内核应该接受该套接字的连接请求。

accept函数（服务器）

上面listen函数的backlog参数提到一个已完成的队列，accept函数就是用于从已完成连接的队列对头返回下一个已完成队列，如果已完成队列连接为空，那么进入睡眠（套接字默认为阻塞状态）。头文件#include <sys/socket.h>

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

参数：

• sockefd : 监听套接字，是socket函数创建的套接字，接受成功后，会返回新的套接字。
• cliaddr : 是用来返回对端客户端的地址结构信息。
• addrlen : 是客户端套接字地址结构的长度，由该长度确定内核中存放客户端套接字的地址结构的确定字节数。

返回值：

? 如果返回成功（值 > 0），返回值是内核生成的一个全新的描述符，代表服务器与客户端的连接，代表已连接套接字。一个服务器通常仅创建一个监听套接字，它在服务器的生命周期内会一直存在。但是会创建多个已连接套接字，当服务器完成某一客户端的服务，已连接套接字可能会关闭。

? 如果失败返回-1，并设置error值。

注意：

? 如果对接收后的客户端的地址信息不感兴趣，cliaddr和addrlen参数都可以为空指针。

close函数

当处理完成后，关闭套接字描述符，并终止TCP连接，需要使用close函数，头文件#include <unistd.h>。

int close(int sockfd);

参数：

• sockfd : 是一个套接字描述符或文件描述符。

返回值：

• 成功返回0
• 失败返回-1，并设置error值。

简单测试程序

实现功能：

服务端server.c

/* A simple server in the internet domain using TCP
   The port number is passed as an argument */
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

void error(const char *msg)
{
    perror(msg);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
     int sockfd, newsockfd, portno;
     socklen_t clilen;   
     char buffer[256];
     struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr;
     
     int n;
     if (argc < 2) {
         fprintf(stderr,"ERROR, no port provided\n");
         exit(1);
     }
     
     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
     
     if (sockfd < 0) 
        error("ERROR opening socket");
        
     bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
     
     portno = atoi(argv[1]);
     
     serv_addr.sin_family = AF_INET;
     serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
     serv_addr.sin_port = htons(portno);
     
     if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0) 
              error("ERROR on binding");
      
     listen(sockfd,5);
     
     clilen = sizeof(cli_addr);
     
     newsockfd = accept(sockfd, 
                 (struct sockaddr *) &cli_addr, 
                 &clilen);
                 
     if (newsockfd < 0) 
          error("ERROR on accept");
          
     bzero(buffer,256);
     
     n = read(newsockfd,buffer,255);
     
     if (n < 0) 
		error("ERROR reading from socket");
		
     printf("Here is the message: %s\n",buffer);
     
     n = write(newsockfd,"I got your message",18);
     
     if (n < 0) 
     	error("ERROR writing to socket");
     	
     close(newsockfd);
     close(sockfd);
     return 0; 
}

客户端client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h> 

void error(const char *msg)
{
    perror(msg);
    exit(0);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    int sockfd, portno, n;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct hostent *server;

    char buffer[256];
    if (argc < 3) {
       fprintf(stderr,"usage %s hostname port\n", argv[0]);
       exit(0);
    }
    portno = atoi(argv[2]);
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0) 
        error("ERROR opening socket");
    server = gethostbyname(argv[1]);
    if (server == NULL) {
        fprintf(stderr,"ERROR, no such host\n");
        exit(0);
    }
    bzero((char *) &serv_addr, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    bcopy((char *)server->h_addr, 
         (char *)&serv_addr.sin_addr.s_addr,
         server->h_length);
    serv_addr.sin_port = htons(portno);
    if (connect(sockfd,(struct sockaddr *) &serv_addr,sizeof(serv_addr)) < 0) 
        error("ERROR connecting");
    printf("Please enter the message: ");
    bzero(buffer,256);
    fgets(buffer,255,stdin);
    n = write(sockfd,buffer,strlen(buffer));
    if (n < 0) 
         error("ERROR writing to socket");
    bzero(buffer,256);
    n = read(sockfd,buffer,255);
    if (n < 0) 
         error("ERROR reading from socket");
    printf("%s\n",buffer);
    close(sockfd);
    return 0;
}

编译程序

1，gcc -o client client.c

2, gcc -o server server.c

测试

1，打开两个终端

2，第一个终端输入 ： ./server 66666 （格式：./server 端口号）

3，第二个终端输入： ./client doubixiaohanhan 66666 （格式：./server 主机名 端口号）

出现以下界面：

然后再客户端输入字符串：Hi doubixiaohanhan

可以看到如下界面：