【正文】 網(wǎng)絡socket編程指南（轉貼）1作者:流浪者發(fā)表于：2003041117:09:07 Beej網(wǎng)絡socket編程指南介紹　　Socket編程讓你沮喪嗎？從manpages中很難得到有用的信息嗎？你想跟上時代去編Internet相關的程序，但是為你在調用connect()前的bind()的結構而不知所措？等等…好在我已經(jīng)將這些事完成了，我將和所有人共享我的知識了。如果你了解C語言并想穿過網(wǎng)絡編程的沼澤，那么你來對地方了。讀者對象　　這個文檔是一個指南，而不是參考書。如果你剛開始socket編程并想找一本入門書，那么你是我的讀者。但這不是一本完全的socket編程書。平臺和編譯器　　這篇文檔中的大多數(shù)代碼都在Linux平臺PC上用GNU的gcc成功編譯過。而且它們在HPUX平臺上用gcc也成功編譯過。但是注意，并不是每個代碼片段都獨立測試過。目錄：1)什么是套接字？2)Internet套接字的兩種類型3)網(wǎng)絡理論4)結構體5)本機轉換6)IP地址和如何處理它們7)socket()函數(shù)8)bind()函數(shù)9)connect()函數(shù)10)listen()函數(shù)11)accept()函數(shù)12)send()和recv()函數(shù)13)sendto()和recvfrom()函數(shù)14)close()和shutdown()函數(shù)15)getpeername()函數(shù)16)gethostname()函數(shù)17)域名服務（DNS）18)客戶服務器背景知識19)簡單的服務器20)簡單的客戶端21)數(shù)據(jù)報套接字Socket22)阻塞23)select()多路同步I/O24)參考資料1）什么是socket：　　你經(jīng)常聽到人們談論著“socket”，或許你還不知道它的確切含義?，F(xiàn)在讓我告訴你：它是使用標準Unix文件描述符(filedescriptor)和其它程序通訊的方式。什么？你也許聽到一些Unix高手(hacker)這樣說過：“呀，Unix中的一切就是文件！”那個家伙也許正在說到一個事實：Unix程序在執(zhí)行任何形式的I/O的時候，程序是在讀或者寫一個文件描述符。一個文件描述符只是一個和打開的文件相關聯(lián)的整數(shù)。但是(注意后面的話)，這個文件可能是一個網(wǎng)絡連接，F(xiàn)IFO，管道，終端，磁盤上的文件或者什么其它的東西。Unix中所有的東西就是文件！所以，你想和Internet上別的程序通訊的時候，你將要使用到文件描述符。你必須理解剛才的話?，F(xiàn)在你腦海中或許冒出這樣的念頭：“那么我從哪里得到網(wǎng)絡通訊的文件描述符呢？”，這個問題無論如何我都要回答：你利用系統(tǒng)調用socket()，它返回套接字描述符(socketdescriptor)，然后你再通過它來進行send()和recv()調用?！暗?..”，你可能有很大的疑惑，“如果它是個文件描述符，那么為什么不用一般調用read()和write()來進行套接字通訊？”簡單的答案是：“你可以使用！”。詳細的答案是：“你可以，但是使用send()和recv()讓你更好的控制數(shù)據(jù)傳輸?！贝嬖谶@樣一個情況：在我們的世界上，有很多種套接字。有DARPAInternet地址(Internet套接字)，本地節(jié)點的路徑名(Unix套接字)，CCITT(套接字完全忽略)。也許在你的Unix機器上還有其它的。我們在這里只講第一種：Internet套接字。2）Internet套接字的兩種類型：　　什么意思？有兩種類型的Internet套接字？是的。不，我在撒謊。其實還有很多，但是我可不想嚇著你。我們這里只講兩種。除了這些,我打算另外介紹的RawSockets也是非常強大的，很值得查閱。 那么這兩種類型是什么呢？一種是StreamSockets（流格式），另外一種是DatagramSockets（數(shù)據(jù)包格式）。我們以后談到它們的時候也會用到SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM。數(shù)據(jù)報套接字有時也叫“無連接套接字”(如果你確實要連接的時候可以用connect()。)流式套接字是可靠的雙向通訊的數(shù)據(jù)流。如果你向套接字按順序輸出“1，2”，那么它們將按順序“1，2”到達另一邊。它們是無錯誤的傳遞的，有自己的錯誤控制，在此不討論。有什么在使用流式套接字？你可能聽說過telnet，不是嗎？它就使用流式套接字。你需要你所輸入的字符按順序到達，不是嗎？同樣，WWW瀏覽器使用的HTTP協(xié)議也使用它們來下載頁面。實際上，當你通過端口80telnet到一個WWW站點，然后輸入“GETpagename”的時候，你也可以得到HTML的內容。為什么流式套接字可以達到高質量的數(shù)據(jù)傳輸？這是因為它使用了“傳輸控制協(xié)議(TheTransmissionControlProtocol)”，也叫“TCP”(請參考RFC793獲得詳細資料。)TCP控制你的數(shù)據(jù)按順序到達并且沒有錯誤。你也許聽到“TCP”是因為聽到過“TCP/IP”。這里的IP是指“Internet協(xié)議”(請參考RFC791。)IP只是處理Internet路由而已。那么數(shù)據(jù)報套接字呢？為什么它叫無連接呢？為什么它是不可靠的呢？有這樣的一些事實：如果你發(fā)送一個數(shù)據(jù)報，它可能會到達，它可能次序顛倒了。如果它到達，那么在這個包的內部是無錯誤的。數(shù)據(jù)報也使用IP作路由，但是它不使用TCP。它使用“用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(UserDatagramProtocol)”，也叫“UDP”(請參考RFC768。)為什么它們是無連接的呢？主要是因為它并不象流式套接字那樣維持一個連接。你只要建立一個包，構造一個有目標信息的IP頭，然后發(fā)出去。無需連接。它們通常使用于傳輸包包信息。簡單的應用程序有：tftp,bootp等等。你也許會想：“假如數(shù)據(jù)丟失了這些程序如何正常工作？”我的朋友，每個程序在UDP上有自己的協(xié)議。例如，tftp協(xié)議每發(fā)出的一個被接受到包，收到者必須發(fā)回一個包來說“我收到了！”(一個“命令正確應答”也叫“ACK”包)。如果在一定時間內(例如5秒)，發(fā)送方?jīng)]有收到應答，它將重新發(fā)送，直到得到ACK。這一ACK過程在實現(xiàn)SOCK_DGRAM應用程序的時候非常重要。3）網(wǎng)絡理論：　　既然我剛才提到了協(xié)議層，那么現(xiàn)在是討論網(wǎng)絡究竟如何工作和一些關于SOCK_DGRAM包是如何建立的例子。當然，你也可以跳過這一段，如果你認為已經(jīng)熟悉的話。現(xiàn)在是學習數(shù)據(jù)封裝(DataEncapsulation)的時候了！它非常非常重要。它重要性重要到你在網(wǎng)絡課程學（圖1：數(shù)據(jù)封裝）習中無論如何也得也得掌握它。主要的內容是：一個包，先是被第一個協(xié)議(在這里是TFTP)在它的報頭（也許是報尾）包裝(“封裝”)，然后，整個數(shù)據(jù)(包括TFTP頭)被另外一個協(xié)議(在這里是UDP)封裝，然后下一個(IP)，一直重復下去，直到硬件(物理)層(這里是以太網(wǎng))。 當另外一臺機器接收到包，硬件先剝去以太網(wǎng)頭，內核剝去IP和UDP頭，TFTP程序再剝去TFTP頭，最后得到數(shù)據(jù)。現(xiàn)在我們終于講到聲名狼藉的網(wǎng)絡分層模型(LayeredNetworkModel)。這種網(wǎng)絡模型在描述網(wǎng)絡系統(tǒng)上相對其它模型有很多優(yōu)點。例如，你可以寫一個套接字程序而不用關心數(shù)據(jù)的物理傳輸(串行口，以太網(wǎng)，連接單元接口(AUI)還是其它介質)，因為底層的程序會為你處理它們。實際的網(wǎng)絡硬件和拓撲對于程序員來說是透明的。不說其它廢話了，我現(xiàn)在列出整個層次模型。如果你要參加網(wǎng)絡考試，可一定要記?。簯脤?Application)表示層(Presentation)會話層(Session)傳輸層(Transport)網(wǎng)絡層(Network)數(shù)據(jù)鏈路層(DataLink)物理層(Physical)物理層是硬件(串口，以太網(wǎng)等等)。應用層是和硬件層相隔最遠的它是用戶和網(wǎng)絡交互的地方。這個模型如此通用，如果你想，你可以把它作為修車指南。把它對應到Unix，結果是：應用層(ApplicationLayer)(telnet,ftp,等等)傳輸層(HosttoHostTransportLayer)(TCP,UDP)Internet層(InternetLayer)(IP和路由)網(wǎng)絡訪問層(NetworkAccessLayer)(網(wǎng)絡層，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層)現(xiàn)在，你可能看到這些層次如何協(xié)調來封裝原始的數(shù)據(jù)了?？纯唇⒁粋€簡單的數(shù)據(jù)包有多少工作？哎呀，你將不得不使用cat來建立數(shù)據(jù)包頭！這僅僅是個玩笑。對于流式套接字你要作的是send()發(fā)送數(shù)據(jù)。對于數(shù)據(jù)報式套接字，你按照你選擇的方式封裝數(shù)據(jù)然后使用sendto()。內核將為你建立傳輸層和Internet層，硬件完成網(wǎng)絡訪問層。這就是現(xiàn)代科技。現(xiàn)在結束我們的網(wǎng)絡理論速成班。哦，忘記告訴你關于路由的事情了。但是我不準備談它，如果你真的關心，那么參考IPRFC。4）結構體：終于談到編程了。在這章，我將談到被套接字用到的各種數(shù)據(jù)類型。因為它們中的一些內容很重要了。首先是簡單的一個：socket描述符。它是下面的類型：int僅僅是一個常見的int。從現(xiàn)在起，事情變得不可思議了，而你所需做的就是繼續(xù)看下去。注意這樣的事實：有兩種字節(jié)排列順序：重要的字節(jié)(有時叫octet，即八位位組)在前面，或者不重要的字節(jié)在前面。前一種叫“網(wǎng)絡字節(jié)順序(NetworkByteOrder)”。有些機器在內部是按照這個順序儲存數(shù)據(jù)，而另外一些則不然。當我說某數(shù)據(jù)必須按照NBO順序，那么你要調用函數(shù)(例如htons())來將它從本機字節(jié)順序(HostByteOrder)轉換過來。如果我沒有提到NBO，那么就讓它保持本機字節(jié)順序。我的第一個結構(在這個技術手冊TM中)structsockaddr.。這個結構為許多類型的套接字儲存套接字地址信息：structsockaddr{　　unsignedshortsa_family。/*地址家族,AF_xxx*/　　charsa_data[14]。/*14字節(jié)協(xié)議地址*/　　}。sa_family能夠是各種各樣的類型，但是在這篇文章中都是AF_INET。sa_data包含套接字中的目標地址和端口信息。這好像有點不明智。為了處理structsockaddr，程序員創(chuàng)造了一個并列的結構：structsockaddr_in(in代表Internet。)structsockaddr_in{　　shortintsin_family。/*通信類型*/　　unsignedshortintsin_port。/*端口*/　　struct in_addr sin_addr。/*Internet地址*/　　unsignedcharsin_zero[8]。/*與sockaddr結構的長度相同*/　　}。用這個數(shù)據(jù)結構可以輕松處理套接字地址的基本元素。注意sin_zero(它被加入到這個結構，并且長度和structsockaddr一樣)應該使用函數(shù)bzero()或memset()來全部置零。同時，這一重要的字節(jié)，一個指向sockaddr_in結構體的指針也可以被指向結構體sockaddr并且代替它。這樣的話即使socket()想要的是structsockaddr*，你仍然可以使用structsockaddr_in，并且在最后轉換。同時，注意sin_family和structsockaddr中的sa_family一致并能夠設置為AF_INET。最后，sin_port和sin_addr必須是網(wǎng)絡字節(jié)順序(NetworkByteOrder)！你也許會反對道：但是，怎么讓整個數(shù)據(jù)結構structin_addrsin_addr按照網(wǎng)絡字節(jié)順序呢?要知道這個問題的答案，我們就要仔細的看一看這個數(shù)據(jù)結構：structin_addr,有這樣一個聯(lián)合(unions)：/*Internet地址(一個與歷史有關的結構)*/　　structin_addr{