socket编程网络通信_动视

socket编程网络通信

2025-10-04 04:05:13 责编:小OO

网络编程之SOCKET

Socket在所有网络操作系统和网络应用程序中都是必不可少的，它是网络通信中应用进程和网络协议之间的接口。在Linux操作系统中，socket属于文件系统的一部分，网络通信可以看作是对文件的读取。这就使得用户对网络的控制像对文件的控制一样方便。

要了解socket就必须要了解一些基本的概念，如：套接口、网络编程的结构等。下面分别讲述这些概念。

一、基本概念：

1.套接口：

简单地说，套接口就是一种使用UNIX系统中的文件描述符和系统进程通信的一种方法。因为在UNIX系统中，所有的I/O操作都是通过读写文件描述符而产生的。文件描述符就是一个和打开的文件相关连的整数。但文件可以是一个网络连接、一个FIFO、一个管道、一个终端、一个真正存储在磁盘上的文件或者UNIX系统中的任何其他的东西。所以，如果你希望通过Internet和其他的程序进行通信，你只有通过文件描述符。使用系统调用socket()，你可以得到socket()描述符。然后你可以使用send()和recv()调用而与其他的程序通信。你也可以使用一般的文件操作来调用read()和write()而与其他的程序进行通信，但send()和recv()调用可以提供一种更好的数据通信的控制手段。

2.Internet套接口

有两种最常用的Internet套接口，“数据流套接口”和“数据报套接口”，我们用“SOCK_STREAM”和“SOCK_DGRAM”分别代表上面两种套接口。数据报套接口有时也叫做“无连接的套接口”。数据流套接口是可靠的双向连接的通信数据流。如果你在套接口中以“ 1, 2”的顺序放入两个数据，它们在另一端也会以“1, 2”的顺序到达。它们也可以被认为是无错误的传输。经常使用的telnet应用程序就是使用数据流套接口的一个例子。使用HTTP的WWW浏览器也使用数据流套接口来读取网页。事实上，如果你使用telnet登录到一个WWW站点的80端口，然后键入“GET网页名”，你将可以得到这个HTML页。数据流套接口使用TCP得到这种高质量的数据传输。数据报套接口使用UDP，所以数据报的顺序是没有保障的。数据报是按一种应答的方式进行数据传输的。

3.数据结构

下面我们要讨论使用套接口编写程序可能用到的数据结构。

struct sockaddr

{

unsigned short int sa_family;

char sa_data[14];

};

sa_family 为调用socket（）时的domain参数，即AF_xxxx值。

sa_data最多使用14个字符长度。

此sockaddr结构会因使用不同的socket domain而有不同结构定义，例如使用AF_INET domain，其socketaddr结构定义便为：

struct socketaddr_in

{

unsigned short int sin_family;

uint16_t sin_port;

struct in_addr sin_addr;

unsigned char sin_zero[8];

};

struct i

n_addr

{

uint32_t s_addr;

};

sin_family 即为sa_family

sin_port 为使用的port编号

sin_addr.s_addr 为IP地址

sin_zero 填充0以保持与struct sockaddr大小一致。

这个数据结构使得使用其中的各个元素更为方便。要注意的是sin_zero应该使用bzero() 或者memset()而设置为全0。另外，一个指向sockaddr_in数据结构的指针可以投射到一个指向数据结构sockaddr的指针，反之亦然。

4.网络字节顺序

一个网络可能由不同的体系结构的CPU组成，这些不同体系的CPU使用的字节顺序不同，有的CPU使用big_endian(大端，在存储器中高字节存储在后)，有的CPU使用little_endian(小端，在存储器中高字节存储在前)。因此为了在网络间能够进行数据交换，需要对这些不同的字节顺序进行处理。

下面是几个字节顺序转换函数：

htons():表示“Host to Network Short”,把主机地址字节顺序转向网络字节顺序(对短整型数据操作)。

htonl():表示“Host to Network Long”,把主机地址字节顺序转向网络字节顺序(对长整型数据操作)。

ntohs():表示“Network to Host Short”,把网络字节顺序转向主机地址字节顺序(对短整型数据操作)。

ntohl():表示“Network to Host Short”,把网络字节顺序转向主机地址字节顺序(对长整型数据操作)。

二、SOCKET通信常用API

1.socket（建立一个socket通信）相关函数 accept，bind，connect，listen

表头文件

#include

定义函数

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

函数说明

socket()用来建立一个新的socket，也就是向系统注册，通知系统建立一通信端口。参数domain 指定使用何种的地址类型，完整的定义在/usr/include/bits/socket.h 内，底下是常见的协议:

PF_UNIX/PF_LOCAL/AF_UNIX/AF_LOCAL UNIX 进程通信协议

PF_INET?AF_INET Ipv4网络协议

PF_INET6/AF_INET6 Ipv6 网络协议

PF_IPX/AF_IPX IPX-Novell协议

PF_NETLINK/AF_NETLINK 核心用户接口装置

PF_X25/AF_X25 ITU-T X.25/ISO-8208 协议

PF_AX25/AF_AX25 业余无线AX.25协议

PF_ATMPVC/AF_ATMPVC 存取原始ATM PVCs

PF_APPLETALK/AF_APPLETALK appletalk（DDP）协议

PF_PACKET/AF_PACKET 初级封包接口

参数

type有下列几种数值:

SOCK_STREAM 提供双向连续且可信赖的数据流，即TCP。支持

OOB 机制，在所有数据传送前必须使用connect()来建立连线状态。

SOCK_DGRAM 使用不连续不可信赖的数据包连接

SOCK_SEQPACKET 提供连续可信赖的数据包连接

SOCK_RAW 提供原始网络协议存取

SOCK_RDM 提供可信赖的数据包连接

SOCK_PACKET 提供和网络驱动程序直接通信。

protocol用来指定socket所使用的传输协议编号，通常此参考不用管它，设为0即可。

返回值

成功则返回socket处理代码，失败返回-1。

错误代码

PROTONOSUPPORT 参数domain指定的类型不支持参数type或protocol指定的协议

ENFILE 核心内存不足，无法建立新的socket结构

EMFILE 进程文件表溢出，无法再建立新的socket

EACCESS 权限不足，无法建立type或protocol指定的协议

ENOBUFS/ENOMEM 内存不足

EINVAL 参数domain/type/protocol不合法

2.bind（对socket定位）相关函数 socket，accept，connect，listen

表头文件

#include

定义函数

int bind(int sockfd,struct sockaddr * my_addr,int addrlen);

函数说明

bind()用来设置给参数sockfd的socket一个名称。

参数

addrlen为sockaddr的结构长度。

返回值

成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中。

错误代码

EBADF 参数sockfd 非合法socket处理代码。

EACCESS 权限不足

ENOTSOCK 参数sockfd为一文件描述词，非socket。

3. connect（建立socket连线）相关函数 socket，bind，listen

表头文件

#include

定义函数

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

函数说明

connect()用来将参数sockfd 的socket 连至参数serv_addr 指定的网络地址。结构sockaddr请参考bind()。参数addrlen为sockaddr的结构长度。

返回值

成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中。

错误代码

EBADF 参数sockfd 非合法socket处理代码

EFAULT 参数serv_addr指针指向无法存取的内存空间

ENOTSOCK 参数sockfd为一文件描述词，非socket。

EISCONN 参数sockfd的socket已是连线状态

ECONNREFUSED 连线要求被server端拒绝。

ETIMEDOUT 企图连线的操作超过限定时间仍未有响应。

ENETUNREACH 无法传送数据包至指定的主机。

EAFNOSUPPORT sockaddr结构的sa_family不正确。

EALREADY socket为不可阻断且先前的连线操作还未完成。

范例

/* 此程序会连线TCP server，并将键盘输入的字符串传送给server。*/

#include

#define PORT 1234

#define SERVER_IP “127.0.0.1”

int main(void)

{

int s;

struct sockaddr_in addr;

char buffer[256];

if((s = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)

{

perror(“socket”);

exit(1);

}

/* 填写sockaddr_in结构*/

bzero(&addr,sizeof(addr));

addr.sin_family = AF_INET;

addr.sin_port=htons(PORT);

addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);

/* 尝试连线*/

if(connect(s,&addr,sizeof(addr))<0)

{

perror(“connect”);

exit(1);

}

/* 接收由server端传来的信息*/

recv(s,buffer,sizeof(buffer),0);

printf(“%s\

”,buffer);

while(1)

{

bzero(buffer,sizeof(buffer));

/* 从标准输入设备取得字符串*/

read(STDIN_FILENO,buffer,sizeof(buffer));

/* 将字符串传给serv

er端*/

if(send(s,buffer,sizeof(buffer),0)<0)

{

perror(“send”);

exit(1);

}

执行

$ ./connect

Welcome to server!

hi I am client! /*键盘输入*/

/*中断程序*/

4. accept（接受socket连线）相关函数 socket，bind，listen，connect

表头文件

#include

定义函数

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

函数说明

accept()用来接受参数s的socket连线。参数s的socket必需先经bind()、listen()函数处理过，当有连线进来时 accept()会返回一个新的socket处理代码，往后的数据传送与读取就是经由新的socket处理，而原来参数s的socket能继续使用 accept()来接受新的连线要求。连线成功时，参数addr所指的结构会被系统填入远程主机的地址数据，参数addrlen为scokaddr的结构长度。关于结构sockaddr的定义请参考bind()。

返回值

成功则返回新的socket处理代码，失败返回-1，错误原因存于errno中。

错误代码

EBADF 参数s 非合法socket处理代码。

EFAULT 参数addr指针指向无法存取的内存空间。

ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket。

EOPNOTSUPP 指定的socket并非SOCK_STREAM。

EPERM 防火墙拒绝此连线。

ENOBUFS 系统的缓冲内存不足。

ENOMEM 核心内存不足。

5. listen（等待连接）相关函数 socket，bind，accept，connect

表头文件

#include

定义函数

int listen(int s,int backlog);

函数说明

listen()用来等待参数s 的socket连线。参数backlog指定同时能处理的最大连接要求，如果连接数目达此上限则client端将收到ECONNREFUSED的错误。 Listen()并未开始接收连线，只是设置socket为listen模式，真正接收client端连线的是accept()。通常listen()会在socket()，bind()之后调用，接着才调用accept()。

返回值

成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno

附加说明

listen()只适用SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKET的socket类型。如果socket为AF_INET则参数backlog 最大值可设至128。

错误代码

EBADF 参数sockfd非合法socket处理代码

EACCESS 权限不足

EOPNOTSUPP 指定的socket并未支援listen模式。

范例

#include

#define PORT 1234

#define MAXSOCKFD 10

int main(void)

{

int sockfd,newsockfd,is_connected[MAXSOCKFD],fd;

struct sockaddr_in addr;

int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);

fd_set readfds;

char buffer[256];

char msg[ ] =”Welcome to server!”;

if ((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)

{

perror(“socket”);

exit(1);

}

bzero(&addr,sizeof(addr));

addr.sin_family =AF_INET;

addr.sin_port = htons(PORT);

addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

if(bind(soc

kfd,&addr,sizeof(addr))<0)

{

perror(“connect”);

exit(1);

}

if(listen(sockfd,3)<0)

{

perror(“listen”);

exit(1);

}

for(fd=0;fdis_connected[fd]=0;

while(1)

{

FD_ZERO(&readfds);

FD_SET(sockfd,&readfds);

for(fd=0;fd{

if(is_connected[fd])

FD_SET(fd,&readfds);

}

if(!select(MAXSOCKFD,&readfds,NULL,NULL,NULL))

continue;

for(fd=0;fd{

if(FD_ISSET(fd,&readfds))

{

if(sockfd = =fd)

{

if((newsockfd = accept (sockfd,&addr,&addr_len))<0)

perror(“accept”);

write(newsockfd,msg,sizeof(msg));

is_connected[newsockfd] =1;

printf(“cnnect from %s\

”,inet_ntoa(addr.sin_addr));

}

else

{

bzero(buffer,sizeof(buffer));

if(read(fd,buffer,sizeof(buffer))<=0)

{

printf(“connect closed.\

”);

is_connected[fd]=0;

close(fd);

}

else

printf(“%s”,buffer);

}

执行

$ ./listen

connect from 127.0.0.1

hi I am client

connected closed.

6. select()

select()系统调用可以使进程检测同时等待的多个I/O设备，当没有设备准备好时，select()阻塞，其中任一设备准备好时，select()就返回。

select()的调用形式为：

#include

int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fe_set *exceptfds, const struct timeval *timeout);

参数：

select 的第一个参数是文件描述符集中要被检测的比特数，这个值必须至少比待检测的最大文件描述符大1；参数readfds指定了被读监控的文件描述符集；参数 writefds指定了被写监控的文件描述符集；而参数exceptfds指定了被例外条件监控的文件描述符集。

参数timeout起了定时器的作用：到了指定的时间，无论是否有设备准备好，都返回调用。timeval的结构定义如下：

struct timeval{

long tv_sec; //表示几秒

long tv_usec; //表示几微妙

}

timeout取不同的值，该调用就表现不同的性质：

1．timeout为0，调用立即返回；

2．timeout为NULL，select()调用就阻塞，直到知道有文件描述符就绪；

3．timeout为正整数，就是一般的定时器。

select调用返回时，除了那些已经就绪的描述符外，select将清除readfds、writefds和exceptfds中的所有没有就绪的描述符。select的返回值有如下情况：

1．正常情况下返回就绪的文件描述符个数；

2．经过了timeout时长后仍无设备准备好，返回值为0；

3．如果select被某个信号中断，它将返回-1并设置errno为EINTR。

4．如果出错，返回-1并设置相应的errno。

8.send（经socket传送数据）相关函数 sendto，sendmsg，recv，recvfrom，socket

表头文件

#include

定义函数

int send(int s,const void * msg,int len,unsigned int falgs);

函数说明

send()用来将数据由指定的socket 传给对方主机。参数s为已建立好连接的socket。参数msg指向欲连线的数据内容，参数len则为数据长度。参数flags一般设0，其他数值定义如下

MSG_OOB 传送的数据以out-of-band 送出。

MSG_DONTROUTE 取消路由表查询

MSG_DONTWAIT 设置为不可阻断运作

MSG_NOSIGNAL 此动作不愿被SIGPIPE 信号中断。

返回值

成功则返回实际传送出去的字符数，失败返回-1。错误原因存于errno

错误代码

EBADF 参数s 非合法的socket处理代码。

EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间

ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket。

EINTR 被信号所中断。

EAGAIN 此操作会令进程阻断，但参数s的socket为不可阻断。

ENOBUFS 系统的缓冲内存不足

ENOMEM 核心内存不足

EINVAL 传给系统调用的参数不正确。

9.recv（经socket接收数据）相关函数 recvfrom，recvmsg，send，sendto，socket

表头文件

#include

定义函数

int recv(int s,void *buf,int len,unsigned int flags);

函数说明

recv()用来接收远端主机经指定的socket传来的数据，并把数据存到由参数buf 指向的内存空间，参数len为可接收数据的最大长度。

参数

flags一般设0。其他数值定义如下:

MSG_OOB 接收以out-of-band 送出的数据。

MSG_PEEK 返回来的数据并不会在系统内删除，如果再调用recv()会返回相同的数据内容。

MSG_WAITALL强迫接收到len大小的数据后才能返回，除非有错误或信号产生。

MSG_NOSIGNAL此操作不愿被SIGPIPE信号中断返回值成功则返回接收到的字符数，失败返回-1，错误原因存于errno中。

错误代码

EBADF 参数s非合法的socket处理代码

EFAULT 参数中有一指针指向无法存取的内存空间

ENOTSOCK 参数s为一文件描述词，非socket。

EINTR 被信号所中断

EAGAIN 此动作会令进程阻断，但参数s的socket为不可阻断

ENOBUFS 系统的缓冲内存不足。

ENOMEM 核心内存不足

EINVAL 传给系统调用的参数不正确。

10.read（由已打开的文件读取数据）相关函数 readdir，write，fcntl，close，lseek，readlink，fread

表头文件

#include

定义函数

ssize_t read(int fd,void * buf ,size_t count);

函数说明

read()会把参数fd 所指的文件传送count个字节到buf指针所指的内存中。若参数count为0，则read()不会有作用并返回0。返回值为实际读取到的字节数，如果返回0，表示已到达文件尾或是无可读取的数据，此外文件读写位置会随读取到的字节移动。

附加说明如果顺利read()会返回实际读到的字节数，最好能将返回值与参数count 作比较，若返回的字节数比要求读取的字节数

少，则有可能读到了文件尾、从管道(pipe)或终端机读取，或者是read()被信号中断了读取动作。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中，而文件读写位置则无法预期。

错误代码

EINTR 此调用被信号所中断。

EAGAIN 当使用不可阻断I/O 时（O_NONBLOCK），若无数据可读取则返回此值。

EBADF 参数fd 非有效的文件描述词，或该文件已关闭。

11.write（将数据写入已打开的文件内）相关函数 open，read，fcntl，close，lseek，sync，fsync，fwrite

表头文件

#include

定义函数

ssize_t write (int fd,const void * buf,size_t count);

函数说明

write()会把参数buf所指的内存写入count个字节到参数fd所指的文件内。当然，文件读写位置也会随之移动。

返回值

如果顺利write()会返回实际写入的字节数。当有错误发生时则返回-1，错误代码存入errno中。

错误代码

EINTR 此调用被信号所中断。

EAGAIN 当使用不可阻断I/O 时（O_NONBLOCK），若无数据可读取则返回此值。

EADF 参数fd非有效的文件描述词，或该文件已关闭。

补充：文件描述符

系统提供了4个宏对描述符集进行操作：

#include

void FD_SET(int fd, fd_set *fdset);

void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset);

void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset);

void FD_ZERO(fd_set *fdset);

宏FD_SET 设置文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位(设置为1)，宏FD_CLR清除文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位（设置为 0），宏FD_ZERO清除文件描述符集fdset中的所有位(既把所有位都设置为0)。使用这3个宏在调用select前设置描述符屏蔽位，在调用 select后使用FD_ISSET来检测文件描述符集fdset中对应于文件描述符fd的位是否被设置。

过去，描述符集被作为一个整数位屏蔽码得到实现，但是这种实现对于多于32个的文件描述符将无法工作。描述符集现在通常用整数数组中的位域表示，数组元素的每一位对应一个文件描述符。例如，一个整数占32位，那么整数数组的第一个元素代表文件描述符0到31，数组的第二个元素代表文件描述符32到63，以此类推。宏FD_SET设置整数数组中对应于fd文件描述符的位为1，宏FD_CLR设置整数数组中对应于fd文件描述符的位为0，宏FD_ZERO设置整数数组中的所有位都为0。假设执行如下程序后：

#include

fd_set readset;

FD_ZERO(&readset);

FD_SET(5, &readset);

FD_SET(33, &readset);

再执行如下程序后：

FD_CLR(5, &readset);

通常，操作系统通过宏FD_SETSIZE来声明在一个进程中select所能操作的文件描述符的最大数目。例如：

在4.4BSD的头文件中我们可以看到：

＃ifndef FD_SETSIZE

#define FD_SETSIZE 1024

#endif

在红帽Linux的头文件中我们可以看到：

＃define __FD_SETSIZE 1024

以及在头文件中我们可以看到：

#include

#define FD_SETSIZE __FD_SETSIZE

既定义FD_SETSIZE为1024，一个整数占4个字节，既32位，那么就是用包含32个元素的整数数组来表示文件描述符集。我们可以在头文件中修改这个值来改变select使用的文件描述符集的大小，但是必须重新编译内核才能使修改后的值有效。当前版本的unix操作系统没有FD_SETSIZE 的最大值，通常只受内存以及系统管理上的。

我们明白了文件描述符集的实现机制之后，就可对其进行灵活运用。（以下程序在红帽Linux 6.0下运行通过，函数fd_isempty用于判断文件描述符集是否为空；函数fd_fetch取出文件描述符集中的所有文件描述符）

#include

struct my_fd_set{

fd_set fs; //定义文件描述符集fs

unsigned int nconnect; //文件描述符集fs中文件描述符的个数

unsigned int nmaxfd; //文件描述符集fs中最大的文件描述符

};

/* 函数fd_isempty用于判断文件描述符集是否为空，为空返回1，不为空则返回0 */

int fd_isempty(struct my_fd_set *pfs)

{

int i;

/* 文件描述符集fd_set是通过整数数组来实现的，所以定义整数数组myset的元素个数为文件描述符集fd_set所占内存空间的字节数除以整数所占内存空间的字节数。

unsigned int myset[sizeof(fd_set) / sizeof(int)];

/* 把文件描述符集pfs->fs 拷贝到数组myset */

memcpy(myset, &pfs->fs, sizeof(fd_set));

for(i = 0; i < sizeof(fd_set) / sizeof(int); i++)

/* 如果myset的某个元素不为0，说明文件描述符集不为空，则函数返回0 */

if (myset[i])

return 0;

return 1; /* 如果myset的所有元素都为0，说明文件描述符集为空，则函数返回1 */

}

/* 函数fd_fetch对文件描述符集进行位操作，把为1的位换算成相应的文件描述符，然后就可对其进行I/O操作 */

void fd_fetch(struct my_fd_set *pfs)

{

struct my_fd_set *tempset; //定义一个临时的结构指针

unsigned int myset[sizeof(fd_set)/sizeof(unsigned int)];

unsigned int i, nbit, nfind, ntemp;

tempset = pfs;

memcpy(myset, &tempset->fs, sizeof(fd_set));

/* 把最大的文件描述符maxfd除以整数所占的位数，得出maxfd在文件描述符集中相应的位对应于整数数组myset的相应元素的下标，目的是为了减少检索的次数 */

nfind = tempset->nmaxfd / (sizeof(int)*8);

for (i = 0; i <= nfind; i++) {

/* 如果数组myset的某个元素为0，说明这个元素所对应的文件描述符集的32位全为0，则继续判断下一元素。*/

if (myset[i] ==

0) continue;

/* 如果数组myset的某个元素不为0，说明这个元素所对应的文件描述符集的32位中有为1的，把myset[i]赋值给临时变量ntemp，对ntemp进行位运算，把为1的位换算成相应的文件描述符 */

ntemp = myset[i];

/* nbit记录整数的二进制位数，对ntemp从低到高位进行&1运算，直到整数的最高位,或直到文件描述符集中文件描述符的个数等于0 */

for (nbit = 0; tempset->nconnect && (nbit < sizeof(int)*8); nbit++) {

if (ntemp & 1) {

/* 如果某位为1，则可得到对应的文件描述符为nbit + 32*I，然后我们可对其进行I/O操作。这里我只是做了简单的显示。*/

printf("i = %d, nbit = %d, The file description is %d\下载本文

显示全文

全部频道