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Linux系统环境下的Socket编程详细解析

巧巧电脑网络 2007-04-19 赛迪网技术社区    收藏此文 
什么是Socket Socket接口是TCP/IP网络的API,Socket接口定义了许多函数或例程,程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程,必须理解Socket接口。 Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。

什么是Socket

  Socket接口是TCP/IP网络的API,Socket接口定义了许多函数或例程,程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程,必须理解Socket接口。

  Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话,就很容易了解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O,Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket(),该函数返回一个整型的Socket描述符,随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种:流式Socket(SOCK_STREAM)和数据报式Socket(SOCK_DGRAM)。流式是一种面向连接的Socket,针对于面向连接的TCP服务应用;数据报式Socket是一种无连接的Socket,对应于无连接的UDP服务应用。

  Socket建立

  为了建立Socket,程序可以调用Socket函数,该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket函数原型为:

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

  domain指明所使用的协议族,通常为PF_INET,表示互联网协议族(TCP/IP协议族);type参数指定socket的类型:SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM,Socket接口还定义了原始Socket(SOCK_RAW),允许程序使用低层协议;protocol通常赋值"0"。Socket()调用返回一个整型socket描述符,你可以在后面的调用使用它。

  Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针,它指向描述符表入口。调用Socket函数时,socket执行体将建立一个Socket,实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。Socket执行体为你管理描述符表。

  两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息:通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。

  Socket配置

  通过socket调用返回一个socket描述符后,在使用socket进行网络传输以前,必须配置该socket。面向连接的socket客户端通过调用Connect函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用bind函数来配置本地信息。
Bind函数将socket与本机上的一个端口相关联,随后你就可以在该端口监听服务请求。Bind函数原型为:

  

int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen); 
  Sockfd是调用socket函数返回的socket描述符, my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针; addrlen常被设置为sizeof(struct sockaddr)。
  struct sockaddr结构类型是用来保存socket信息的:
  struct sockaddr {
   unsigned short sa_family; /* 地址族, AF_xxx */
char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */
};
  sa_family一般为AF_INET,代表Internet(TCP/IP)地址族;sa_data
则包含该socket的IP地址和端口号。
  另外还有一种结构类型:
  struct sockaddr_in {
   short int sin_family; /* 地址族 */
   unsigned short int sin_port; /* 端口号 */
   struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */
   unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持与struct sockaddr同样大小 */
  };

  这个结构更方便使用。sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到与struct sockaddr同样的长度,可以用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换,这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时,你可以在函数调用的时候将一个指向sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针;或者相反。

  使用bind函数时,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 */
通过将my_addr.sin_port置为0,函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样,通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY,系统会自动填入本机IP地址。

  注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序;而sin_addr则不需要转换。

  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,否则就会出现数据不一致。

  下面是几个字节顺序转换函数:

·htonl():把32位值从主机字节序转换成网络字节序 
·htons():把16位值从主机字节序转换成网络字节序
·ntohl():把32位值从网络字节序转换成主机字节序
·ntohs():把16位值从网络字节序转换成主机字节序

  Bind()函数在成功被调用时返回0;出现错误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号。需要注意的是,在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值,因为1到1024是保留端口号,你可以选择大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。

延伸阅读:.Net中的socket编程—聊天程序

本程序开发环境vb.net,os是windows 2000。其原因是让读者快速掌握.net中的socket编程基础(如要进行异常处理,请加入try块,详情见msdn)。由于本代码的中数据编码使用的是英文编码,所以不支持中文字体(通过对编码的修改可以发送中文,见msdn)。本文的目的不是教各位编写聊天程序。

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