关于网络通信知识

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

  domain:说明我们网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX和AF_INET等). 
        AF_UNIX只能够用于单一的Unix 系统进程间通信,
        而AF_INET是针对Internet的,因而可以允许在远程 
        主机之间通信(当我们 man socket时发现 domain可选项是 PF_*而不是AF_*,因为glibc是posix的实现所以用PF代替了AF,
        不过我们都可以使用的).

  type:我们网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等) 
        SOCK_STREAM表明我们用的是TCP 协议,这样会提供按顺序的,可靠,双向,面向连接的比特流. 
        SOCK_DGRAM 表明我们用的是UDP协议,这样只会提供定长的,不可靠,无连接的通信.

  protocol:由于我们指定了type,所以这个地方我们一般只要用0来代替就可以了 socket为网络通讯做基本的准备.
  成功时返回文件描述符,失败时返回-1,看errno可知道出错的详细情况.

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

  sockfd:是由socket调用返回的文件描述符.

  addrlen:是sockaddr结构的长度.

  my_addr:是一个指向sockaddr的指针. 在中有 sockaddr的定义

        struct sockaddr{
                unisgned short  as_family;
                char            sa_data[14];
        };

  不过由于系统的兼容性,我们一般不用这个头文件,而使用另外一个结构(struct sockaddr_in) 来代替.在中有sockaddr_in的定义 
        struct sockaddr_in{
                unsigned short          sin_family;     
                unsigned short int      sin_port;
                struct in_addr          sin_addr;
                unsigned char           sin_zero[8];
        }
  我们主要使用Internet所以
        sin_family一般为AF_INET,        sin_addr设置为INADDR_ANY表示可以和任何的主机通信,
        sin_port是我们要监听的端口号.sin_zero[8]是用来填充的. 
  bind将本地的端口同socket返回的文件描述符捆绑在一起.成功是返回0,失败的情况和socket一样

(三)listen 
  int listen(int sockfd,int backlog)

  sockfd:是bind后的文件描述符.

  backlog:设置请求排队的最大长度.当有多个客户端程序和服务端相连时, 使用这个表示可以介绍的排队长度. 
  listen函数将bind的文件描述符变为监听套接字.返回的情况和bind一样.

(四)accept 
  int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)

  sockfd:是listen后的文件描述符.

  addr,addrlen是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了. bind,listen和accept是服务器端用的函数,
  accept调用时,服务器端的程序会一直阻塞到有一个 客户程序发出了连接. accept成功时返回最后的服务器端的文件描述符,
  这个时候服务器端可以向该描述符写信息了. 失败时返回-1

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

   sockfd:socket返回的文件描述符.

   serv_addr:储存了服务器端的连接信息.其中sin_add是服务端的地址

   addrlen:serv_addr的长度

   connect函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回0,sockfd是同服务端通讯的文件描述符 失败时返回-1.

(六)close shutdown

关闭套接字有两个函数close和shutdown.用close时和我们关闭文件一样. 

int shutdown(int sockfd,int howto) 

TCP连接是双向的(是可读写的),当我们使用close时,会把读写通道都关闭,有时侯我们希望只关闭一个方向,这个时候我们可以使用shutdown.针对不同的howto,系统回采取不同的关闭方式. 

howto=0这个时候系统会关闭读通道.但是可以继续往接字描述符写. 

howto=1关闭写通道,和上面相反,着时候就只可以读了. 

howto=2关闭读写通道,和close一样 在多进程程序里面,如果有几个子进程共享一个套接字时,如果我们使用shutdown, 那么所有的子进程都不能够操作了,这个时候我们只能够使用close来关闭子进程的套接字描述符.

TCP:
    服务器端
    socket-->bind-->listen-->accept:recv->send

    客户端
    socket-->connect:send->recv
UDP：
   
    服务端
    socket->bind->recvfrom:sendto
    客户端
    socket:sendto->recvfrom

UDP与TCP通信区别

a.UDP采用数据报文,数据之间有边界

TCP采用数据流,数据之间无边界

案例：

体会TCP的数据无边界。

b.UDP传递的数据无序

TCP传递的数据有序

c.UDP与TCP都是双工的two-ways

d.UDP无状态

TCP有状态

e.UDP数据可能有丢失

TCP数据不可能丢失

f.UDP效率高

TCP效率低

使用TCP正确传递
1.定长数据

a.基本类型
整型
小数
c.结构体
由于TCP数据部分边界，无法保证定长类型，比如int四个字节被一次型接收。
所以read/write读写数据无法控制读取的数据长度。
在recv与send引入第四个参数控制读写。
MSG_DONOTWAIT ：recv可以以阻塞方式读，也可以非阻塞读取MSG_OOB：定位读取优先数据（Out of band ）
MSG_PEEK：只读数据，不删除数据
MSG_WAITALL：读取指定长度的数据(长度由第三个参数指定)
该表记在读取定长数据的时候，建议指定。

2.不定长数据

b.字符串型
d.文件等大数据
对不定长的数据传递的指导思想：
以定长确定不定长。

使用数据包:

长度+不定长数据

案例：

使用TCP传递文件。

方案:

a.传递文件名的长度

b.传递文件名

c.传递文件的长度

d.传递文件

关于 write read send recv sendto recvfrom:
write函数

    Ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes);

    Write函数将buf中的nbytes字节内容写入到文件描述符中，成功返回写的字节数，失败返回-1.并设置errno变量。在网络程序中，当我们向套接字文件描述舒服写数据时有两种可能：

    1、write的返回值大于0，表示写了部分数据或者是全部的数据，这样用一个while循环不断的写入数据，但是循环过程中的buf参数和nbytes参数是我们自己来更新的，也就是说，网络编程中写函数是不负责将全部数据写完之后再返回的，说不定中途就返回了！

    2、返回值小于0，此时出错了，需要根据错误类型进行相应的处理。

    如果错误是EINTR表示在写的时候出现了中断错误，如果是EPIPE表示网络连接出现了问题。

Read函数

    Ssize_t read(int fd,void *buf,size_t nbyte)

    Read函数是负责从fd中读取内容，当读取成功时，read返回实际读取到的字节数，如果返回值是0，表示已经读取到文件的结束了，小于0表示是读取错误。

    如果错误是EINTR表示在写的时候出现了中断错误，如果是EPIPE表示网络连接出现了问题。

Recv函数和read函数提供了read和write函数一样的功能，不同的是他们提供了四个参数。
   
    Ssize_t     write(int fd,const void *buf,size_t nbytes);
    Ssize_t     read(int fd,void *buf,size_t nbyte);
   int          send( SOCKET s,    const char FAR *buf,    int len,    int flags );  
    int          recv( SOCKET s,   char FAR *buf,    int len,   int flags   );  

    前面的三个参数和read、write函数是一样的。第四个参数可以是0或者是一下组合：

    MSG_DONTROUTE：不查找表

    是send函数使用的标志，这个标志告诉IP，目的主机在本地网络上，没有必要查找表，这个标志一般用在网络诊断和路由程序里面。

    MSG_OOB：接受或者发生带外数据

    表示可以接收和发送带外数据。

    MSG_PEEK：查看数据，并不从系统缓冲区移走数据

    是recv函数使用的标志，表示只是从系统缓冲区中读取内容，而不清楚系统缓冲区的内容。这样在下次读取的时候，依然是一样的内容，一般在有过个进程读写数据的时候使用这个标志。

    MSG_WAITALL：等待所有数据

    是recv函数的使用标志，表示等到所有的信息到达时才返回，使用这个标志的时候，recv返回一直阻塞，直到指定的条件满足时，或者是发生了错误。

send函数

int send( SOCKET s,    const char FAR *buf,    int len,    int flags );  

不论是客户还是服务器应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。

客户程序一般用send函数向服务器发送请求，而服务器则通常用send函数来向客户程序发送应答。

该函数的第一个参数指定发送端套接字描述符；

第二个参数指明一个存放应用程序要发送数据的缓冲区；

第三个参数指明实际要发送的数据的字节数；

第四个参数一般置0。

这里只描述同步Socket的send函数的执行流程。当调用该函数时，send先比较待发送数据的长度len和套接字s的发送缓冲的 长度， 如果len大于s的发送缓冲区的长度，该函数返回SOCKET_ERROR；如果len小于或者等于s的发送缓冲区的长度，那么send先检查协议 是否正在发送s的发送缓冲中的数据，如果是就等待协议把数据发送完，如果协议还没有开始发送s的发送缓冲中的数据或者s的发送缓冲中没有数据，那么 send就比较s的发送缓冲区的剩余空间和len，如果len大于剩余空间大小send就一直等待协议把s的发送缓冲中的数据发送完，如果len小于剩余 空间大小send就仅仅把buf中的数据copy到剩余空间里（注意并不是send把s的发送缓冲中的数据传到连接的另一端的，而是协议传的，send仅仅是把buf中的数据copy到s的发送缓冲区的剩余空间里）。如果send函数copy数据成功，就返回实际copy的字节数，如果send在copy数据时出现错误，那么send就返回SOCKET_ERROR；如果send在等待协议传送数据时网络断开的话，那么send函数也返回SOCKET_ERROR。

要注意send函数把buf中的数据成功copy到s的发送缓冲的剩余空间里后它就返回了，但是此时这些数据并不一定马上被传到连接的另一端。如 果协议在后续的传送过程中出现网络错误的话，那么下一个Socket函数就会返回SOCKET_ERROR。（每一个除send外的Socket函数在执 行的最开始总要先等待套接字的发送缓冲中的数据被协议传送完毕才能继续，如果在等待时出现网络错误，那么该Socket函数就返回 SOCKET_ERROR）

注意：在Unix系统下，如果send在等待协议传送数据时网络断开的话，调用send的进程会接收到一个SIGPIPE信号，进程对该信号的默认处理是进程终止。

recv函数

int recv( SOCKET s,   char FAR *buf,    int len,   int flags   );   

不论是客户还是服务器应用程序都用recv函数从TCP连接的另一端接收数据。

该函数的第一个参数指定接收端套接字描述符；

第二个参数指明一个缓冲区，该缓冲区用来存放recv函数接收到的数据；

第三个参数指明buf的长度；

第四个参数一般置0。

这里只描述同步Socket的recv函数的执行流程。当应用程序调用recv函数时，recv先等待s的发送缓冲 中的数据被协议传送完毕，如果协议在传送s的发送缓冲中的数据时出现网络错误，那么recv函数返回SOCKET_ERROR，如果s的发送缓冲中没有数 据或者数据被协议成功发送完毕后，recv先检查套接字s的接收缓冲区，如果s接收缓冲区中没有数据或者协议正在接收数据，那么recv就一直等待，只到 协议把数据接收完毕。当协议把数据接收完毕，recv函数就把s的接收缓冲中的数据copy到buf中（注意协议接收到的数据可能大于buf的长度，所以 在这种情况下要调用几次recv函数才能把s的接收缓冲中的数据copy完。recv函数仅仅是copy数据，真正的接收数据是协议来完成的），recv函数返回其实际copy的字节数。如果recv在copy时出错，那么它返回SOCKET_ERROR；如果recv函数在等待协议接收数据时网络中断了，那么它返回0。

注意：在Unix系统下，如果recv函数在等待协议接收数据时网络断开了，那么调用recv的进程会接收到一个SIGPIPE信号，进程对该信号的默认处理是进程终止。

sendto和recvfrom:

sendto和recvfrom一般用于UDP协议中,但是如果在TCP中connect函数调用后也可以用.

sendto（）和recvfrom（）——利用数据报方式进行数据传输  

　　在无连接的数据报socket方式下，由于本地socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址，sendto（）函数原型为：  

　　int sendto（int sockfd， const void *msg，int len unsigned int flags， const struct sockaddr *to， int tolen）；  

　　该函数比send（）函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof （struct sockaddr）。Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回－1。  

　　recvfrom（）函数原型为：  

　　int recvfrom（int sockfd，void *buf，int len，unsigned int lags，struct sockaddr *from，int *fromlen）；  

　　from是一个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof （struct sockaddr）。当recvfrom（）返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom（）函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回－1，并置相应的errno。  

　　应注意的一点是，当你对于数据报socket调用了connect（）函数时，你也可以利用send（）和recv（）进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。

用法总结：

在已经连接情况下，使用write/send可以发送数据。

在无连接的情况下，使用sendto/recvfrom发送数据。

问题:

在UDP下使用connect+send发送数据的缺陷。

当不同endpoint连接的时候，socket描述符号连接在不同的endpoint。而且不断切换。导致socket描述符号不稳定。

分析：

造成混乱的原因在A端只有一个描述符号，无法连接多个endpoint。