什么是Socket
Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，Socket接口定義了許多函數(shù)或例程，程序員可以用它們來開發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序。要學(xué)Internet上的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程，必須理解Socket接口。
Socket接口設(shè)計者最先是將接口放在Unix操作系統(tǒng)里面的。如果了解Unix系統(tǒng)的輸入和輸出的話，就很容易了解Socket了。網(wǎng)絡(luò)的Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的I/O，Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個類似于打開文件的函數(shù)調(diào)用Socket()，該函數(shù)返回一個整型的Socket描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^該Socket實(shí)現(xiàn)的。常用的Socket類型有兩種：流式Socket（SOCK_STREAM）和數(shù)據(jù)報式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一種面向連接的Socket，針對于面向連接的TCP服務(wù)應(yīng)用；數(shù)據(jù)報式Socket是一種無連接的Socket，對應(yīng)于無連接的UDP服務(wù)應(yīng)用。
Socket建立
為了建立Socket，程序可以調(diào)用Socket函數(shù)，該函數(shù)返回一個類似于文件描述符的句柄。socket函數(shù)原型為：
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain指明所使用的協(xié)議族，通常為PF_INET，表示互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議族（TCP/IP協(xié)議族）；type參數(shù)指定socket的類型：SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口還定義了原始Socket（SOCK_RAW），允許程序使用低層協(xié)議；protocol通常賦值"0"。Socket()調(diào)用返回一個整型socket描述符，你可以在后面的調(diào)用使用它。
Socket描述符是一個指向內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針，它指向描述符表入口。調(diào)用Socket函數(shù)時，socket執(zhí)行體將建立一個Socket，實(shí)際上"建立一個Socket"意味著為一個Socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分配存儲空間。Socket執(zhí)行體為你管理描述符表。
兩個網(wǎng)絡(luò)程序之間的一個網(wǎng)絡(luò)連接包括五種信息：通信協(xié)議、本地協(xié)議地址、本地主機(jī)端口、遠(yuǎn)端主機(jī)地址和遠(yuǎn)端協(xié)議端口。Socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含這五種信息。
Socket配置
通過socket調(diào)用返回一個socket描述符后，在使用socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸以前，必須配置該socket。面向連接的socket客戶端通過調(diào)用connect函數(shù)在socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存本地和遠(yuǎn)端信息。無連接socket的客戶端和服務(wù)端以及面向連接socket的服務(wù)端通過調(diào)用bind函數(shù)來配置本地信息。
bind函數(shù)將socket與本機(jī)上的一個端口相關(guān)聯(lián)，隨后你就可以在該端口監(jiān)聽服務(wù)請求。bind函數(shù)原型為：
int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);
sockfd是調(diào)用socket函數(shù)返回的socket描述符,my_addr是一個指向包含有本機(jī)IP地址及端口號等信息的sockaddr類型的指針；addrlen常被設(shè)置為sizeof(struct sockaddr)。
struct sockaddr結(jié)構(gòu)類型是用來保存socket信息的：
struct sockaddr {
unsigned short sa_family; /* 地址族， AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14 字節(jié)的協(xié)議地址 */
};
sa_family一般為AF_INET，代表Internet（TCP/IP）地址族；sa_data則包含該socket的IP地址和端口號。
另外還有一種結(jié)構(gòu)類型：
struct sockaddr_in {
short int sin_family; /* 地址族 */
unsigned short int sin_port; /* 端口號 */
struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */
unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持與struct sockaddr同樣大小 */
};
這個結(jié)構(gòu)更方便使用。sin_zero用來將sockaddr_in結(jié)構(gòu)填充到與struct sockaddr同樣的長度，可以用bzero()或memset()函數(shù)將其置為零。指向sockaddr_in 的指針和指向sockaddr的指針可以相互轉(zhuǎn)換，這意味著如果一個函數(shù)所需參數(shù)類型是sockaddr時，你可以在函數(shù)調(diào)用的時候?qū)⒁粋€指向sockaddr_in的指針轉(zhuǎn)換為指向sockaddr的指針；或者相反。
使用bind函數(shù)時，可以用下面的賦值實(shí)現(xiàn)自動獲得本機(jī)IP地址和隨機(jī)獲取一個沒有被占用的端口號：
my_addr.sin_port = 0; /* 系統(tǒng)隨機(jī)選擇一個未被使用的端口號 */
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本機(jī)IP地址 */
通過將my_addr.sin_port置為0，函數(shù)會自動為你選擇一個未占用的端口來使用。同樣，通過將my_addr.sin_addr.s_addr置為INADDR_ANY，系統(tǒng)會自動填入本機(jī)IP地址。
注意在使用bind函數(shù)時需要將sin_port和sin_addr轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)優(yōu)先順序；而sin_addr則不需要轉(zhuǎn)換。
計算機(jī)數(shù)據(jù)存儲有兩種字節(jié)優(yōu)先順序：高位字節(jié)優(yōu)先和低位字節(jié)優(yōu)先。Internet上數(shù)據(jù)以高位字節(jié)優(yōu)先順序在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，所以對于在內(nèi)部是以低位字節(jié)優(yōu)先方式存儲數(shù)據(jù)的機(jī)器，在Internet上傳輸數(shù)據(jù)時就需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，否則就會出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致。
下面是幾個字節(jié)順序轉(zhuǎn)換函數(shù)：
·htonl()：把32位值從主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
·htons()：把16位值從主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序
·ntohl()：把32位值從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成主機(jī)字節(jié)序
·ntohs()：把16位值從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成主機(jī)字節(jié)序
bind()函數(shù)在成功被調(diào)用時返回0；出現(xiàn)錯誤時返回"-1"并將errno置為相應(yīng)的錯誤號。需要注意的是，在調(diào)用bind函數(shù)時一般不要將端口號置為小于1024的值，因為1到1024是保留端口號，你可以選擇大于1024中的任何一個沒有被占用的端口號。
連接建立
面向連接的客戶程序使用connect函數(shù)來配置socket并與遠(yuǎn)端服務(wù)器建立一個TCP連接，其函數(shù)原型為：
int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);
sockfd是socket函數(shù)返回的socket描述符；serv_addr是包含遠(yuǎn)端主機(jī)IP地址和端口號的指針；addrlen是遠(yuǎn)端地址結(jié)構(gòu)的長度。connect函數(shù)在出現(xiàn)錯誤時返回-1，并且設(shè)置errno為相應(yīng)的錯誤碼。進(jìn)行客戶端程序設(shè)計無須調(diào)用bind()，因為這種情況下只需知道目的機(jī)器的IP地址，而客戶通過哪個端口與服務(wù)器建立連接并不需要關(guān)心，socket執(zhí)行體為你的程序自動選擇一個未被占用的端口，并通知你的程序數(shù)據(jù)什么時候到達(dá)端口。
connect函數(shù)啟動和遠(yuǎn)端主機(jī)的直接連接。只有面向連接的客戶程序使用socket時才需要將此socket與遠(yuǎn)端主機(jī)相連。無連接協(xié)議從不建立直接連接。面向連接的服務(wù)器也從不啟動一個連接，它只是被動的在協(xié)議端口監(jiān)聽客戶的請求。
listen函數(shù)使socket處于被動的監(jiān)聽模式，并為該socket建立一個輸入數(shù)據(jù)隊列，將到達(dá)的服務(wù)請求保存在此隊列中，直到程序處理它們。
int listen(int sockfd， int backlog);
sockfd是Socket系統(tǒng)調(diào)用返回的socket 描述符；backlog指定在請求隊列中允許的最大請求數(shù)，進(jìn)入的連接請求將在隊列中等待accept()它們（參考下文）。backlog對隊列中等待服務(wù)的請求的數(shù)目進(jìn)行了限制，大多數(shù)系統(tǒng)缺省值為20。如果一個服務(wù)請求到來時，輸入隊列已滿，該socket將拒絕連接請求，客戶將收到一個出錯信息。
當(dāng)出現(xiàn)錯誤時listen函數(shù)返回-1，并置相應(yīng)的errno錯誤碼。
accept()函數(shù)讓服務(wù)器接收客戶的連接請求。在建立好輸入隊列后，服務(wù)器就調(diào)用accept函數(shù)，然后睡眠并等待客戶的連接請求。
int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);
sockfd是被監(jiān)聽的socket描述符，addr通常是一個指向sockaddr_in變量的指針，該變量用來存放提出連接請求服務(wù)的主機(jī)的信息（某臺主機(jī)從某個端口發(fā)出該請求）；addrten通常為一個指向值為sizeof(struct sockaddr_in)的整型指針變量。出現(xiàn)錯誤時accept函數(shù)返回-1并置相應(yīng)的errno值。
首先，當(dāng)accept函數(shù)監(jiān)視的socket收到連接請求時，socket執(zhí)行體將建立一個新的socket，執(zhí)行體將這個新socket和請求連接進(jìn)程的地址聯(lián)系起來，收到服務(wù)請求的初始socket仍可以繼續(xù)在以前的 socket上監(jiān)聽，同時可以在新的socket描述符上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作。
數(shù)據(jù)傳輸
send()和recv()這兩個函數(shù)用于面向連接的socket上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
send()函數(shù)原型為：
int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
sockfd是你想用來傳輸數(shù)據(jù)的socket描述符；msg是一個指向要發(fā)送數(shù)據(jù)的指針；len是以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)的長度；flags一般情況下置為0（關(guān)于該參數(shù)的用法可參照man手冊）。
send()函數(shù)返回實(shí)際上發(fā)送出的字節(jié)數(shù)，可能會少于你希望發(fā)送的數(shù)據(jù)。在程序中應(yīng)該將send()的返回值與欲發(fā)送的字節(jié)數(shù)進(jìn)行比較。當(dāng)send()返回值與len不匹配時，應(yīng)該對這種情況進(jìn)行處理。
char *msg = "Hello!";
int len, bytes_sent;
……
len = strlen(msg);
bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0);
……
recv()函數(shù)原型為：
int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);
sockfd是接收數(shù)據(jù)的socket描述符；buf 是存放接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；len是緩沖的長度。flags也被置為0。recv()返回實(shí)際上接收的字節(jié)數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，返回-1并置相應(yīng)的errno值。
sendto()和recvfrom()用于在無連接的數(shù)據(jù)報socket方式下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于本地socket并沒有與遠(yuǎn)端機(jī)器建立連接，所以在發(fā)送數(shù)據(jù)時應(yīng)指明目的地址。
sendto()函數(shù)原型為：
int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);
該函數(shù)比send()函數(shù)多了兩個參數(shù)，to表示目地機(jī)的IP地址和端口號信息，而tolen常常被賦值為sizeof (struct sockaddr)。sendto 函數(shù)也返回實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)長度或在出現(xiàn)發(fā)送錯誤時返回-1。
recvfrom()函數(shù)原型為：
int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen);
from是一個struct sockaddr類型的變量，該變量保存源機(jī)的IP地址及端口號。fromlen常置為sizeof (struct sockaddr)。當(dāng)recvfrom()返回時，fromlen包含實(shí)際存入from中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。recvfrom()函數(shù)返回接收到的字節(jié)數(shù)或當(dāng)出現(xiàn)錯誤時返回-1，并置相應(yīng)的errno。
如果你對數(shù)據(jù)報socket調(diào)用了connect()函數(shù)時，你也可以利用send()和recv()進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但該socket仍然是數(shù)據(jù)報socket，并且利用傳輸層的UDP服務(wù)。但在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)報時，內(nèi)核會自動為之加上目地和源地址信息。
結(jié)束傳輸
當(dāng)所有的數(shù)據(jù)操作結(jié)束以后，你可以調(diào)用close()函數(shù)來釋放該socket，從而停止在該socket上的任何數(shù)據(jù)操作：
close(sockfd);
你也可以調(diào)用shutdown()函數(shù)來關(guān)閉該socket。該函數(shù)允許你只停止在某個方向上的數(shù)據(jù)傳輸，而一個方向上的數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。如你可以關(guān)閉某socket的寫操作而允許繼續(xù)在該socket上接受數(shù)據(jù)，直至讀入所有數(shù)據(jù)。
int shutdown(int sockfd,int how);
sockfd是需要關(guān)閉的socket的描述符。參數(shù) how允許為shutdown操作選擇以下幾種方式：
·0-------不允許繼續(xù)接收數(shù)據(jù)
·1-------不允許繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)
·2-------不允許繼續(xù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)
·均為允許則調(diào)用close ()
shutdown在操作成功時返回0，在出現(xiàn)錯誤時返回-1并置相應(yīng)errno。