Socket

Posted 2020-07-30 나 는 당신

Socket又称"套接字"，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。

以J2SDK-1.3为例，Socket和ServerSocket类库位于java.net包中。ServerSocket用于服务器端，Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个Socket实例，操作这个实例，完成所需的会话。对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。不管是Socket还是ServerSocket它们的工作都是通过SocketImpl类及其子类完成的。

现象解释

Socket非常类似于电话插座。以一个国家级电话网为例，电话的通话双方相当于相互通信的2个进程，区号是它的网络地址；区内一个单位的交换机相当于一台主机，主机分配给每个用户的局内号码相当于Socket号。任何用户在通话之前，首先要占有一部电话机，相当于申请一个Socket；同时要知道对方的号码，相当于对方有一个固定的Socket。然后向对方拨号呼叫，相当于发出连接请求（假如对方不在同一区内，还要拨对方区号，相当于给出网络地址）。假如对方在场并空闲（相当于通信的另一主机开机且可以接受连接请求），拿起电话话筒，双方就可以正式通话，相当于连接成功。双方通话的过程，是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程，相当于向Socket发送数据和从socket接收数据。通话结束后，一方挂起电话机相当于关闭Socket，撤消连接。

在电话系统中，一般用户只能感受到本地电话机和对方电话号码的存在，建立通话的过程，话音传输的过程以及整个电话系统的技术细节对他都是透明的，这也与Socket机制非常相似。Socket利用网间网通信设施实现进程通信，但它对通信设施的细节毫不关心，只要通信设施能提供足够的通信能力，它就满足了。

至此，我们对Socket进行了直观的描述。抽象出来，Socket实质上提供了进程通信的端点。进程通信之前，双方首先必须各自创建一个端点，否则是没有办法建立联系并相互通信的。正如打电话之前，双方必须各自拥有一台电话机一样。

在网间网内部，每一个Socket用一个半相关描述：（协议，本地地址，本地端口）。

一个完整的Socket有一个本地唯一的Socket号，由操作系统分配。

最重要的是，Socket是面向客户/服务器模型而设计的，针对客户和服务器程序提供不同的Socket系统调用。客户随机申请一个Socket（相当于一个想打电话的人可以在任何一台入网电话上拨号呼叫），系统为之分配一个Socket号；服务器拥有全局公认的Socket，任何客户都可以向它发出连接请求和信息请求（相当于一个被呼叫的电话拥有一个呼叫方知道的电话号码）。

Socket利用客户/服务器模式巧妙地解决了进程之间建立通信连接的问题。服务器Socket半相关为全局所公认非常重要。读者不妨考虑一下，两个完全随机的用户进程之间如何建立通信？假如通信双方没有任何一方的Socket固定，就好比打电话的双方彼此不知道对方的电话号码，要通话是不可能的。

连接过程

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根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标，套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。

（1）服务器监听：是服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态。

（2）客户端请求：是指由客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。

（3）连接确认：是指当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求，它就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，连接就建立好了。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。

常用函数

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创建

函数原型：

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

参数说明：
　　

domain：协议域，又称协议族（family）。常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域Socket）、AF_ROUTE等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。

type：指定Socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等。流式Socket（SOCK_STREAM）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（SOCK_DGRAM）是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

protocol：指定协议。常用协议有IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

注意：1.type和protocol不可以随意组合，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当第三个参数为0时，会自动选择第二个参数类型对应的默认协议。

2.WindowsSocket下protocol参数中不存在IPPROTO_STCP
　　

返回值：

如果调用成功就返回新创建的套接字的描述符，如果失败就返回INVALID_SOCKET（Linux下失败返回-1）。套接字描述符是一个整数类型的值。每个进程的进程空间里都有一个套接字描述符表，该表中存放着套接字描述符和套接字数据结构的对应关系。该表中有一个字段存放新创建的套接字的描述符，另一个字段存放套接字数据结构的地址，因此根据套接字描述符就可以找到其对应的套接字数据结构。每个进程在自己的进程空间里都有一个套接字描述符表但是套接字数据结构都是在操作系统的内核缓冲里。

绑定

函数原型：

int bind(SOCKET socket, const struct sockaddr* address, socklen_t address_len);

参数说明：

socket：是一个套接字描述符。

address：是一个sockaddr结构指针，该结构中包含了要结合的地址和端口号。

address_len：确定address缓冲区的长度。

返回值：

如果函数执行成功，返回值为0，否则为SOCKET_ERROR。

接收

函数原型：

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

参数说明：
　　

socket：一个标识已连接套接口的描述字。

buf：用于接收数据的缓冲区。

len：缓冲区长度。

flags：指定调用方式。取值：MSG_PEEK 查看当前数据，数据将被复制到缓冲区中，但并不从输入队列中删除；MSG_OOB 处理带外数据。

返回值：

若无错误发生，recv()返回读入的字节数。如果连接已中止，返回0。否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

函数原型：

ssize_t recvfrom(int sockfd, void buf, int len, unsigned int flags, struct socketaddr* from, socket_t* fromlen);

参数说明：

sockfd：标识一个已连接套接口的描述字。

buf：接收数据缓冲区。

len：缓冲区长度。

flags：调用操作方式。是以下一个或者多个标志的组合体，可通过or操作连在一起：

（1）MSG_DONTWAIT：操作不会被阻塞；

（2）MSG_ERRQUEUE： 指示应该从套接字的错误队列上接收错误值，依据不同的协议，错误值以某种辅佐性消息的方式传递进来，使用者应该提供足够大的缓冲区。导致错误的原封包通过msg_iovec作为一般的数据来传递。导致错误的数据报原目标地址作为msg_name被提供。错误以sock_extended_err结构形态被使用。

（3）MSG_PEEK：指示数据接收后，在接收队列中保留原数据，不将其删除，随后的读操作还可以接收相同的数据。

（4）MSG_TRUNC：返回封包的实际长度，即使它比所提供的缓冲区更长， 只对packet套接字有效。

（5）MSG_WAITALL：要求阻塞操作，直到请求得到完整的满足。然而，如果捕捉到信号，错误或者连接断开发生，或者下次被接收的数据类型不同，仍会返回少于请求量的数据。

（6）MSG_EOR：指示记录的结束，返回的数据完成一个记录。

（7）MSG_TRUNC：指明数据报尾部数据已被丢弃，因为它比所提供的缓冲区需要更多的空间。
　　

/*(MSG_TRUNC使用错误,4才是MSG_TRUNC的正确解释)*/

（8）MSG_CTRUNC：指明由于缓冲区空间不足，一些控制数据已被丢弃。

（9）MSG_OOB：指示接收到out-of-band数据(即需要优先处理的数据)。

（10）MSG_ERRQUEUE：指示除了来自套接字错误队列的错误外，没有接收到其它数据。

from：（可选）指针，指向装有源地址的缓冲区。

fromlen：（可选）指针，指向from缓冲区长度值。

发送

函数原型：

int sendto( SOCKET s, const char FAR* buf, int size, int flags, const struct sockaddr FAR* to, int tolen);

参数说明：

s：套接字

buf：待发送数据的缓冲区

size：缓冲区长度

flags：调用方式标志位, 一般为0, 改变Flags，将会改变Sendto发送的形式

addr：（可选）指针，指向目的套接字的地址

tolen：addr所指地址的长度

返回值：

如果成功，则返回发送的字节数，失败则返回SOCKET_ERROR。

接收连接请求

函数原型：

int accept( int fd, struct socketaddr* addr, socklen_t* len);

参数说明：

fd：套接字描述符。

addr：返回连接着的地址

len：接收返回地址的缓冲区长度

返回值：

成功返回客户端的文件描述符，失败返回-1。