linux网络编程——套接字（socket）入门

1．套接字的基本结构

struct sockaddr

这个结构用来存储套接字地址。

数据定义：

struct sockaddr {

unsigned short sa_family; /* address族, AF_xxx */

char sa_data[14]; /* 14 bytes的协议地址 */

};

sa_family 一般来说，都是“AFINET”。

sa_data 包含了一些远程电脑的地址、端口和套接字的数目，它里面的数据是杂溶在一切的。

为了处理struct sockaddr， 程序员建立了另外一个相似的结构 struct sockaddr_in：

struct sockaddr_in (“in” 代表 “Internet”)

struct sockaddr_in {

short int sin_family; /* Internet地址族 */

unsigned short int sin_port; /* 端口号 */

struct in_addr sin_addr; /* Internet地址 */

unsigned char sin_zero[8]; /* 添0（和struct sockaddr一样大小）*/

};

这个结构提供了方便的手段来访问socket address（struct sockaddr）结构中的每一个元素

2.套接字字节转换程序的列表：

l htons()——“Host to Network Short”主机字节顺序转换为网络字节顺序（对无符号短型进行操作4 bytes）

l htonl()——“Host to Network Long”　主机字节顺序转换为网络字节顺序（对无符号长型进行操作8 bytes）

l ntohs()——“Network to Host Short “　网络字节顺序转换为主机字节顺序（对无符号短型进行操作4 bytes）

l ntohl()——“Network to Host Long “　网络字节顺序转换为主机字节顺序（对无符号长型进行操作8 bytes）

3. IP 地址转换

Linux 系统提供和很多用于转换IP 地址的函数.首先，假设你有一个struct sockaddr_in ina，并且你的IP 是166.111.69.52 ，你想把你的IP 存储到ina 中。你可以使用的函数： inet_addr() ，它能够把一个用数字和点表

示IP 地址的字符串转换成一个无符号长整型。你可以像下面这样使用它：

ina.sin_addr.s_addr = inet_addr（“166.111.69.52”）;

注意：

l inet_addr() 返回的地址已经是网络字节顺序了，你没有必要再去调用htonl() 函数

反过来，如果你有一个struct in_addr 并且你想把它代表的IP 地址打印出来（按照数字.数字.数字.数字的格式），那么你可以使用函数inet_ntoa()（“ntoa”代表“Network to ASCII”），它会把struct in_addr 里面存储的网络地址以数字.数字.数字.数字的格式。

l inet_ntoa() 使用struct in_addr 作为一个参数，不是一个长整型值。

4.基本套接字调用

socket() 函数

取得套接字描述符 socket 函数的定义是下面这样子的：

#include

#include

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

bind() 函数

bind()函数可以帮助你指定一个套接字使用的端口。当你使用socket() 函数得到一个套接字描述符，你也许需要将socket 绑定上一个你的机器上的端口。

l 当你需要进行端口监听 listen()操作，等待接受一个连入请求的时候，一般都需要经过这一步。比如网络泥巴（ＭＵＤ），Telnet a.b.c.d 4000。

l 如果你只是想进行连接一台服务器，也就是进行 connect() 操作的时候，这一步并不是必须的。

bind()的系统调用声明如下：

#include

#include

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

参数说明：

l sockfd 是由socket()函数返回的套接字描述符。

l my_addr 是一个指向struct sockaddr 的指针，包含有关你的地址的信息：名称、端口和IP 地址。

l addrlen 可以设置为sizeof(struct sockaddr)。

connect()函数

让我们花一点时间来假设你是一个Telnet 应用程序。你的使用者命令你建立一个套接字描述符。你遵从命令，调用了socket()。然后，使用者告诉你连接到“166.111.69.52”

的23 端口（标准的Telnet 端口）??你应该怎么做呢？

你很幸运：Telnet 应用程序，你现在正在阅读的就是套接字的进行网络连接部分：

connect()。

connect() 函数的定义是这样的：

#include

#include

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

connect()的三个参数意义如下：

l sockfd ：套接字文件描述符，由socket()函数返回的。

l serv_addr 是一个存储远程计算机的IP 地址和端口信息的结构。

l addrlen 应该是sizeof(struct sockaddr)。

listen() 函数

listen()函数是等待别人连接，进行系统侦听请求的函数。当有人连接你的时候，你有两步需要做：通过listen()函数等待连接请求，然后使用accept()函数来处理。（accept()函数

在下面介绍）。

listen()函数调用是非常简单的。函数声明如下：

#include

int listen(int sockfd, int backlog);

listen()函数的参数意义如下：

l sockfd 是一个套接字描述符，由socket()系统调用获得。

l backlog 是未经过处理的连接请求队列可以容纳的最大数目。

backlog 具体一些是什么意思呢？每一个连入请求都要进入一个连入请求队列，等待listen 的程序调用accept()（accept()函数下面有介绍）函数来接受这个连接。当系统还没有

调用accept()函数的时候，如果有很多连接，那么本地能够等待的最大数目就是backlog 的数值。你可以将其设成5 到10 之间的数值

accept()函数

函数accept()有一些难懂。当调用它的时候，大致过程是下面这样的：

l 有人从很远很远的地方尝试调用 connect()来连接你的机器上的某个端口（当然是你已经在listen()的）。

l 他的连接将被 listen 加入等待队列等待accept()函数的调用（加入等待队列的最多数目由调用listen()函数的第二个参数backlog 来决定）。

l 你调用 accept()函数，告诉他你准备连接。

l accept()函数将回返回一个新的套接字描述符，这个描述符就代表了这个连接！好，这时候你有了两个套接字描述符，返回给你的那个就是和远程计算机的连接，而

第一个套接字描述符仍然在你的机器上原来的那个端口上listen()。这时候你所得到的那个新的套接字描述符就可以进行send()操作和recv()操作了。

下面是accept()函数的声明：

#include

int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);

accept()函数的参数意义如下：

l sockfd 是正在listen() 的一个套接字描述符。

l addr 一般是一个指向struct sockaddr_in 结构的指针；里面存储着远程连接过来的

计算机的信息（比如远程计算机的IP 地址和端口）

send()、recv()函数

这两个函数是最基本的，通过有连接的套接字流进行通讯的函数。

send() 函数的声明：

#include

#include

int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);

send 的参数含义如下：

l sockfd 是代表你与远程程序连接的套接字描述符。

l msg 是一个指针，指向你想发送的信息的地址。

l len 是你想发送信息的长度。

l flags 发送标记。一般都设为0

函数recv()调用在许多方面都和send()很相似，下面是recv()函数的声明：

#include

#include

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

recv()的参数含义如下：

l sockfd 是你要读取数据的套接字描述符。

l buf 是一个指针，指向你能存储数据的内存缓存区域。

l len 是缓存区的最大尺寸。

l flags 是recv() 函数的一个标志，一般都为0 （具体的其他数值和含义请参考recv()

的man pages）。

recv() 返回它所真正收到的数据的长度

sendto() 和recvfrom() 函数

这两个函数是进行无连接的UDP 通讯时使用的。使用这两个函数，则数据会在没有建立过任何连接的网络上传输。因为数据报套接字无法对远程主机进行连接，想想我们在

发送数据前需要知道些什么呢？对了！是远程主机的IP 地址和端口！

下面是sendto()函数和recvfrom()函数的声明：

#include

#include

int sendto（int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags,

const struct sockaddr *to, int tolen）;

和你所看到的一样，这个函数和send()函数基本一致。

l sockfd 是代表你与远程程序连接的套接字描述符。

l msg 是一个指针，指向你想发送的信息的地址。

l len 是你想发送信息的长度。

l flags 发送标记。一般都设为0。（你可以查看send 的man pages 来获得其他的参数值并且明白各个参数所代表的含义）

l to 是一个指向struct sockaddr 结构的指针，里面包含了远程主机的IP 地址和端口数据。

l tolen 只是指出了struct sockaddr 在内存中的大小sizeof(struct sockaddr)。和send()一样，sendto()返回它所真正发送的字节数（当然也和send()一样，它所真正

发送的字节数可能小于你所给它的数据的字节数）。当它发生错误的时候，也是返回 –1 ，同时全局变量errno 存储了错误代码。同样的，recv()函数和recvfrom()函数也基本一致。

recvfrom()的声明为：

#include

- 156 - Linux网络编程

#include

int recvfrom(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags

struct sockaddr *from, int *fromlen);

其参数含义如下：

l sockfd 是你要读取数据的套接字描述符。

l buf 是一个指针，指向你能存储数据的内存缓存区域。

l len 是缓存区的最大尺寸。

l flags 是recv() 函数的一个标志，一般都为0 （具体的其他数值和含义请参考recv()

的man pages）。

l from 是一个本地指针，指向一个struct sockaddr 的结构（里面存有源IP 地址和端

口数）．

l fromlen 是一个指向一个int 型数据的指针，它的大小应该是sizeof （ struct sockaddr）．当函数返回的时候，formlen 指向的数据是form 指向的struct sockaddr 的实际

大小．

recvfrom() 返回它接收到的字节数，如果发生了错误，它就返回-1

close()和shutdown()函数

程序进行网络传输完毕后，你需要关闭这个套接字描述符所表示的连接。实现这个非常简单，只需要使用标准的关闭文件的函数：
close()。使用方法：

close(sockfd);

执行close()之后，套接字将不会在允许进行读操作和写操作。任何有关对套接字描述符进行读和写的操作都会接收到一个错误。

如果你想对网络套接字的关闭进行进一步的操作的话，你可以使用函数shutdown()。它允许你进行单向的关闭操作，或是全部禁止掉。

shutdown()的声明为：

#include

int shutdown（int sockfd, int how）;

它的参数含义如下：

l sockfd 是一个你所想关闭的套接字描述符．

l how 可以取下面的值。0 表示不允许以后数据的接收操；1 表示不允许以后数据的发送操作；2 表示和close()一样，不允许以后的任何操作（包括接收，发送数据）

shutdown() 如果执行成功将返回0，如果在调用过程中发生了错误，它将返回–1，全局变量errno 中存储了错误代码．

如果你在一个未连接的数据报套接字上使用shutdown() 函数（还记得可以对数据报套接字UDP 进行connect()操作吗？），它将什么也不做．

setsockopt() 和getsockopt() 函数

Linux 所提供的socket 库含有一个错误（bug）。此错误表现为你不能为一个套接字重新启用同一个端口号，即使在你正常关闭该套接字以后。例如，比方说，你编写一个服务

器在一个套接字上等待的程序．服务器打开套接字并在其上侦听是没有问题的。无论如何，总有一些原因（不管是正常还是非正常的结束程序）使你的程序需要重新启动。然而重启

动后你就不能把它绑定在原来那个端口上了。从bind()系统调用返回的错误代码总是报告说你试图连接的端口已经被别的进程所绑定。

问题就是Linux 内核在一个绑定套接字的进程结束后从不把端口标记为未用。在大多数Linux/UNIX 系统中，端口可以被一个进程重复使用，甚至可以被其它进程使用。

在Linux 中绕开这个问题的办法是，当套接字已经打开但尚未有连接的时候用setsockopt()系统调用在其上设定选项（options）。setsockopt() 调用设置选项而getsockopt()

从给定的套接字取得选项。

这里是这些调用的语法：

#include

#include

int getsockopt(int sockfd, int level, int name, char *value, int *optlen);

int setsockopt(int sockfd, int level, int name, char *value, int *optlen);

下面是两个调用的参数说明：

l sockfd 必须是一个已打开的套接字。

l level 是函数所使用的协议标准（protocol level）（TCP/IP 协议使用IPPROTO_TCP，套接字标准的选项实用SOL_SOCKET）。

l name 选项在套接字说明书中（man page）有详细说明。

l value 指向为getsockopt()函数所获取的值，setsockopt()函数所设置的值的地址。

l optlen 指针指向一个整数，该整数包含参数以字节计算的长度。

现在我们再回到Linux 的错误上来．当你打开一个套接字时必须同时用下面的代码段来调用setsockopt()函数：

/* 设定参数数值 */

opt = 1; len = sizeof(opt);

/* 设置套接字属性 */

setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,&len);

getpeername()函数

这个函数可以取得一个已经连接上的套接字的远程信息（比如IP 地址和端口），告诉你在远程和你连接的究竟是谁．

它的声明为：

#include

int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);

下面是参数说明：

l sockfd 是你想取得远程信息的那个套接字描述符。

l addr 是一个指向struct sockaddr （或是struct sockaddr_in）的指针。

l addrlen 是一个指向int 的指针，应该赋于sizeof(struct sockaddr)的大小。

如果在函数执行过程中出现了错误，函数将返回 –1 ，并且错误代码储存在全局变量errno 中。当你拥有了远程连接用户的IP 地址，你就可以使用inet_ntoa() 或gethostbyaddr()来输

出信息或是做进一步的处理。

gethostname()函数

gethostname()函数可以取得本地主机的信息．它比getpeername()要容易使用一些。它返回正在执行它的计算机的名字。返回的这个名字可以被gethostbyname()函数使用，

由此可以得到本地主机的IP 地址。

下面是它的声明：

#include

int gethostname(char *hostname, size_t size);

参数说明如下：

l hostname 是一个指向字符数组的指针，当函数返回的时候，它里面的数据就是本

地的主机的名字．

l size 是hostname 指向的数组的长度．

函数如果成功执行，它返回0，如果出现错误，则返回–1，全局变量errno 中存储着错

误代码。