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【Linux】Linux 上socket 编程

发布时间: 2012-09-24 13:49:41 作者: rapoo

【Linux】Linux 下socket 编程

TCP/IP协议叫做传输控制/网际协议,又叫网络通信协议

TCP/IP虽然叫传输控制协议(TCP)和网际协议(IP),但是实际上是一组协议,包含ICMP, RIP, TELENET, FTP, SMTP, ARP, TFTP等。

从协议分层模型方面来讲,TCP/IP由四个层次组成:网络接口层、网络层、传输层、应用层。

关于更多TCP/IP协议,请参考下面的百度链接:http://baike.baidu.com/view/7649.htm

TCP与UDP区别

TCP---传输控制协议,提供的是面向连接、可靠的字节流服务。当客户和服务器彼此交换数据前,必须先在双方之间建立一个TCP连接,之后才能传输数据。TCP提供超时重发,丢弃重复数据,检验数据,流量控制等功能,保证数据能从一端传到另一端。

UDP---用户数据报协议,是一个简单的面向数据报的运输层协议。UDP不提供可靠性,它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去,但是并不能保证它们能到达目的地。由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接,且没有超时重发等机制,故而传输速度很快

TCP和UDP都是在传输层上的。简单来说,UDP发送数据的时候是不管数据有没有真正达到目的地的,所以传输起来速度就比较快了。但是同时也容易造成数据丢失。而TCP我们知道有三次握手建立,四次握手释放,所以传输更准确,但是速度可能会相对慢一些。

为确保正确地接收数据,TCP要求在目标计算机成功收到数据时发回一个确认(即ACK)。如果在某个时限内未收到相应的ACK,将重新传送数据包。如果网络拥塞,这种重新传送将导致发送的数据包重复。但是,接收计算机可使用数据包的序号来确定它是否为重复数据包,并在必要时丢弃它。

socket套接字

SOCKET中首先我们要理解如下几个定义概念:

一是IP地址:IP Address我想很容易理解,就是依照TCP/IP协议分配给本地主机的网络地址,就向两个进程要通讯,任一进程要知道通讯对方的位置,位置如何来确定,就用对方的IP

二是端口号:用来标识本地通讯进程,方便OS提交数据.就是说进程指定了对方进程的网络IP,但这个IP只是用来标识进程所在的主机,如何来找到运行在这个主机的这个进程呢,就用端口号.

三是连接:指两个进程间的通讯链路.

四是半相关:网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程:

(协议,本地地址,本地端口号)

这样一个三元组,叫做一个半相关,它指定连接的每半部分。


五是全相关

一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成,并且只能使用同一种高层协议。也就是说,不可能通信的一端用TCP协议,而另一端用UDP协议。因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标识:

(协议,本地地址,本地端口号,远地地址,远地端口号)

这样一个五元组,叫做一个相关(association),即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的相关,或完全指定组成一连接。

客户/服务器模式
在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式(Client/Server model),即客户向服务器发出服务请求,服务器接收到请求后,提供相应的服务。客户/服务器模式的建立基于以下两点:首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区,因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系,为二者的数据交换提供同步,这就是基涌纪纪户/服务器模式的TCP/IP。

套接口可以说是网络编程中一个非常重要的概念,linux以文件的形式实现套接口,与套接口相应的文件属于要sockfs特殊文件系统,创建一个套接口就是在sockfs中创建一个特殊文件,并建立起为实现套接口功能的相关数据结构。换句话说,对每一个新创建的BSD套接口,linux内核都将在sockfs特殊文件系统中创建一个新的inode。描述套接口的数据结构是socket,将在后面给出。

(一)重要数据结构

下面是在网络编程中比较重要的几个数据结构,读者可以在后面介绍编程API部分再回过头来了解它们。

(1)表示套接口的数据结构structsocket

套接口是由socket数据结构代表的,形式如下:

struct socket

{

socket_state state; /*指明套接口的连接状态,一个套接口的连接状态可以有以下几种:套接口是空闲的,还没有进行相应的端口及地址的绑定;还没有连接;正在连接中;已经连接;正在解除连接。*/

unsignedlong flags;

structproto_ops ops; /*指明可对套接口进行的各种操作*/

structinode inode; /*指向sockfs文件系统中的相应inode*/

structfasync_struct *fasync_list; /* Asynchronous wake up list */

structfile *file; /*指向sockfs文件系统中的相应文件 */

structsock sk; /*任何协议族都有其特定的套接口特性,该域就指向特定协议族的套接口对象。*/

wait_queue_head_t wait;

short type;

unsignedchar passcred;

};

(2)描述套接口通用地址的数据结构struct sockaddr

由于历史的缘故,在bind、connect等系统调用中,特定于协议的套接口地址结构指针都要强制转换成该通用的套接口地址结构指针。结构形式如下:

struct sockaddr {

sa_family_t sa_family; /*address family, AF_xxx */

char sa_data[14]; /*14 bytes of protocol address */

};

(3)描述因特网地址结构的数据结构struct sockaddr_in(这里局限于IP4):

struct sockaddr_in

{

__SOCKADDR_COMMON(sin_); /*描述协议族*/

in_port_tsin_port; /*端口号*/

structin_addr sin_addr; /*因特网地址*/

/*Pad to size of `struct sockaddr'. */

unsignedchar sin_zero[sizeof (struct sockaddr)-__SOCKADDR_COMMON_SIZE -sizeof (in_port_t) -sizeof (struct in_addr)];

};

(二)基本的socket接口函数。

3.1、socket()函数int socket(int domain, int type, int protocol);

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字,而socket()用于创建一个socket描述符(socket descriptor),它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样,后续的操作都有用到它,把它作为参数,通过它来进行一些读写操作。

正如可以给fopen的传入不同参数值,以打开不同的文件。创建socket的时候,也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符,socket函数的三个参数分别为:

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