網絡IPC：套接字

網絡進程間通信：socket API簡介

不同計算機（通過網絡相連）上運行的進程相互通信機制稱為網絡進程間通信（network IPC）。

在本地可以通過進程PID來唯一標識一個進程，但是在網絡中這是行不通的。其實TCP/IP協議族已經幫我們解決了這個問題，網絡層的“ip地址”可以唯一標識網絡中的主機，而傳輸層的“協議+端口”可以唯一標識主機中的應用程序（進程）。這樣利用三元組（ip地址，協議，端口）構成套接字，就可以標識網絡的進程了，網絡中的進程通信就可以利用這個標志與其它進程進行交互。

套接字是通信端口的抽象！通過套接字網絡IPC接口，進程能夠使用該接口和其他進程通信。

部分參考：UNIX環境高級編程中文第二版PDF高清版 下載地址  http://www.linuxidc.net/thread-2063-1-1.html

Unix環境高級編程 源代碼地址 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-04/34826.htm

Unix環境高級編程源碼編譯 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-09/42503.htm

apue.h頭文件（Unix環境高級編程） http://www.linuxidc.com/Linux/2012-01/51729.htm

《Unix環境高級編程》（第二版）apue.h的錯誤 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-04/34662.htm

Unix環境高級編程第二版讀書筆記 http://www.linuxidc.com/Linux/2011-04/34235.htm

《Unix環境高級編程》中apue.h的問題 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-01/77686.htm

幾個定義：

1. IP地址：即依照TCP/IP協議分配給本地主機的網絡地址，兩個進程要通訊，任一進程首先要知道通訊對方的位置，即對方的IP。
2. 端口號：用來辨別本地通訊進程，一個本地的進程在通訊時均會占用一個端口號，不同的進程端口號不同，因此在通訊前必須要分配一個沒有被訪問的端口號。
3. 連接：指兩個進程間的通訊鏈路。
4. 半相關：網絡中用一個三元組可以在全局唯一標志一個進程：（協議，本地地址，本地端口號）這樣一個三元組，叫做一個半相關,它指定連接的每半部分。
5. 全相關：一個完整的網間進程通信需要由兩個進程組成，並且只能使用同一種高層協議。也就是說，不可能通信的一端用TCP協議，而另一端用UDP協議。因此一個完整的網間通信需要一個五元組來標識：（協議，本地地址，本地端口號，遠地地址，遠地端口號），這樣一個五元組，叫做一個相關（association），即兩個協議相同的半相關才能組合成一個合適的相關，或完全指定組成一連接。

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套接字描述符

套接字是端點的抽象。與應用進程要使用文件描述符訪問文件一樣，訪問套接字也需要用套接字描述符。套接字描述符在UNIX系統中是用文件描述符實現的。

要創建一個套接字，可以調用socket函數。

1 2 #include<sys/socket.h> int socket(int domain, int type, int protocol);

  參數：

作用：socket()用於創建一個socket描述符（socket descriptor），它唯一標識一個socket。

網絡字節序

網絡協議指定了字節序，因此異構計算機系統能夠交換協議信息而不會混淆字節序。TCP/IP協議棧采用大端字節序。應用進程交換格式化數據時，字節序問題就會出現。對於TCP/IP，地址用網絡字節序來表示，所以應用進程有時需要在處理器的字節序與網絡字節序之間轉換。

1 2 3 4 5 #include<arpa/inet.h> uint32_t htonl(uint32_t hostlong); uint16_t htons(uint16_t hostshort); uint32_t ntohl(uint32_t netlong); uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

這些函數名很好記,h表示host,n表示network, l表示32位長整數,s表示16位短整數

在將一個地址綁定到socket的時候，請先將主機字節序轉換成為網絡字節序，對主機字節序不要做任何假定，務必將其轉化為網絡字節序再賦給socket！

將套接字與地址綁定

與客戶端的套接字關聯的地址意義不大，可以讓系統選擇一個默認的地址。然而，對於服務器，需要給一個接收客戶端請求的套接字綁定一個眾所周知的地址。客戶端應有一種方法用以連接服務器的地址，最簡單的方法就是為服務器保留一個地址並且在/etc/services或某個名字服務（name service）中注冊。

　　可以用bind函數來搞定這個問題：

1 2 3 #include <sys/types.h>        #include <sys/socket.h> int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

參數：

第一個參數：bind()函數把一個地址族中的特定地址賦給該sockfd（套接字描述字）。例如對應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和端口號組合賦給socket。 

第二個參數：struct sockaddr *指針，指向要綁定給sockfd的協議地址。這個地址結構根據地址創建socket時的地址協議族的不同而不同:

地址格式

地址標識了特定通信域中的套接字端點，地址格式與特定的通信域相關。為使不同格式地址能夠被傳入到套接字函數，地址需被強轉為通用的地址結構sockaddr表示。

1 2 //頭文件 #include<netinet/in.h>

struct sockaddr 是一個通用地址結構，該結構定義如下： 

1 2 3 4 5 struct sockaddr {    sa_family_t sa_family;    char        sa_data[14]; }

IPV4因特網域:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 //ipv4對應的是： /* 網絡地址 */ struct in_addr {     uint32_t      s_addr;    /* address in network byte order */ };   struct sockaddr_in {     sa_family_t    sin_family;    /* address family: AF_INET */     in_port_t      sin_port;      /* port in network byte order */     struct in_addr sin_addr;      /* internet address */ };

IPv6因特網域:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 //ipv6對應的是： struct in6_addr {     unsigned char  s6_addr[16];  /* IPv6 address */ };   struct sockaddr_in6 {     sa_family_t    sin6_family;  /* AF_INET6 */     in_port_t      sin6_port;    /* port number */     uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */     struct in6_addr sin6_addr;    /* IPv6 address */     uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ };

　　Unix域對應的是： 

1 2 3 4 5 6 7 #define UNIX_PATH_MAX    108   struct sockaddr_un {     sa_family_t sun_family;              /* AF_UNIX */     char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ };

第三個參數：addrlen 對應的是地址的長度

返回值：成功返回0，出錯返回-1

作用：將套接字與端口號綁定，即把一個ip地址和端口號組合賦給socket

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