一、什麼是socket
socket可以看成是用戶進程與內核網絡協議棧的編程接口。
socket不僅可以用於本機的進 程間通信,還可以用於網絡上不同主機的進程間通信。
socket API是一層抽象的網絡編程接口,適用於各種底層網絡協議,如IPv4、IPv6,以及以後要講的UNIX Domain Socket。然而,各種網絡協議的地址格式並不相同,如下圖所示:
IPv4和IPv6的地址格式定義在netinet/in.h 中,IPv4地址用sockaddr_in結構體表示,包括16位端口號和32位IP地址,如下所示:
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 */ char sin_zero[8]; /* pad bytes, set to zero is ok */ }; /* Internet address. */ struct in_addr { uint32_t s_addr; /* address in network byte order */ };
IPv6地址用sockaddr_in6結構體表示,包括16位端口號、128位IP地址和一些控制字段。UNIX Domain Socket的地址格式 定義在sys/un.h中,用sockaddr_un結構體表示。各種socket地址結構體的開頭都是相同的,前16位表示整個結構體的長度 (並不是所有UNIX的實現都有長度字段,如Linux就沒有),後16位表示地址類型。IPv4、IPv6和UNIX Domain Socket的地 址類型分別定義為常數AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX。這樣,只要取得某種sockaddr結構體的首地址,不需要知道具體是哪 種類型的sockaddr結構體,就可以根據地址類型字段確定結構體中的內容。因此,socket API可以接受各種類型的sockaddr 結構體指針做參數,例如bind、accept、connect等函數,這些函數的參數應該設計成void *類型以便接受各種類型的指針 ,但是sock API的實現早於ANSI C標准化,那時還沒有void *類型,因此這些函數的參數都用struct sockaddr *類型表示 ,即通用地址結構,如下所示:
struct sockaddr {
sa_family_t sin_family;
char sa_data [14];
};
sin_family:指定該地址家族
sa_data:由sin_family決定它的形式。
在傳遞參數之前要強 制類型轉換一下,例如:
struct sockaddr_in servaddr;
/* initialize servaddr *
/bind(listen_fd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
二、網絡字節序
字節序
大端字節序(Big Endian)
最高有效位(MSB:Most Significant Bit)存儲於最低內存地址處,最低有效位(LSB:Lowest Significant Bit)存儲於最高內存地址處。
小端字節序(Little Endian)
最高有效位(MSB:Most Significant Bit)存儲於最 高內存地址處,最低有效位(LSB:Lowest Significant Bit)存儲於最低內存地址處。
主機字節序
不同的主機有不 同的字節序,如x86為小端字節序,Motorola 6800為大端字節序,ARM字節序是可配置的。
網絡字節序
網絡字節 序規定為大端字節序
為使網絡程序具有可移植性,使同樣的C代碼在大端和小端計算機上編譯後都能正常運行,可以 調用以下庫函數做網絡字節序和主機字節序的轉換。
#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。例如htonl表示將32位的長整數從主機字節序轉換為網絡字節序,例如將IP地址轉換後准備發 送。如果主機是小端字節序,這些函數將參數做相應的大小端轉換然後返回,如果主機是大端字節序,這些函數不做轉換, 將參數原封不動地返回。
下面寫個小程序測試下主機的大小端:
/************************************************************************* > File Name: byteorder.c > Author: Simba > Mail: [email protected] > Created Time: Fri 01 Mar 2013 04:16:08 PM CST ************************************************************************/ #include<stdio.h> #include<arpa/inet.h> int main(void) { unsigned int x = 0x12345678; unsigned char *p = (unsigned char *)&x; printf("%x %x %x %x\n", p[0], p[1], p[2], p[3]); unsigned int y = htonl(x); p = (unsigned char *)&y; printf("%x %x %x %x\n", p[0], p[1], p[2], p[3]); return 0; }
輸出為:
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./byteorder
78 56 34 12
12 34 56 78
即本主機是小端字節序,而經過htonl 轉換後為網絡字節序,即大端。
三、地址 轉換函數
前面提到的 sockaddr_in 結構體中的成員struct in_addr sin_addr表示32位的IP地址。但是我們通常用 點分十進制的字符串表示IP地址,以下函數可以在字符串表示和in_addr表示之間轉換。
字符串轉in_addr的函數:
#include <arpa/inet.h>
int inet_aton(const char *strptr, struct in_addr *addrptr);
in_addr_t inet_addr(const char *strptr);
int inet_pton(int family, const char *strptr, void *addrptr);
注意,轉換而成的32位數是網絡字節序的。
in_addr轉字符串的函數:
char *inet_ntoa(struct in_addr inaddr);
const char *inet_ntop(int family, const void *addrptr, char *strptr, size_t len);
注意,傳入的32位數也是網絡字節序的。
其中inet_pton和inet_ntop不僅可以 轉換IPv4的in_addr,還可以轉換IPv6的in6_addr,因此函數接口是void *addrptr。
下面寫個小程序演示一下:
/************************************************************************* > File Name: addr_in.c > Author: Simba > Mail: [email protected] > Created Time: Fri 01 Mar 2013 04:16:08 PM CST ************************************************************************/ #include<stdio.h> #include<arpa/inet.h> int main(void) { unsigned int addr = inet_addr("192.168.0.100"); //轉換後是網絡字節序(大端) printf("add=%u\n", ntohl(addr)); struct in_addr ipaddr; ipaddr.s_addr = addr; printf("%s\n", inet_ntoa(ipaddr)); return 0; }
輸出為:
simba@ubuntu:~/Documents/code/linux_programming/UNP/socket$ ./addr_in
add=3232235620
192.168.0.100
注意,在打印addr的時候先轉換成主機字節序,否則輸出可能是負數。
四、套接字類型
流式套接字(SOCK_STREAM)
提供面向連接的、可靠的數據傳輸服務,數據無差錯,無重復 的發送,且按發送順序接收。
數據報式套接字(SOCK_DGRAM)
提供無連接服務。不提供無錯保證,數據可能丟失或重復 ,並且接收順序混亂。
原始套接字(SOCK_RAW)