[转]C语言SOCKET编程指南

　　你经常听到人们谈论着 “socket”，或许你还不知道它的确切含义。现在让我告诉你：它是使用标准Unix 文件描述符 (file descriptor)和其它程序通讯的方式。什么？你也许听到一些Unix高手(hacker)这样说过：“呀，Unix中的一切就是文件！”那个家伙也许正在说到一个事实：Unix 程序在执行任何形式的 I/O的时候，程序是在读或者写一个文件描述符。一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数。但是(注意后面的话)，这个文件可能是一个网络连接，FIFO，管道，终端，磁盘上的文件或者什么其它的东西。Unix 中所有的东西就是文件！所以，你想和Internet上别的程序通讯的时候，你将要使用到文件描述符。你必须理解刚才的话。现在你脑海中或许冒出这样的念头：“那么我从哪里得到网络通讯的文件描述符呢？”，这个问题无论如何我都要回答：你利用系统调用socket()，它返回套接字描述符(socketdescriptor)，然后你再通过它来进行send() 和 recv()调用。“但是...”，你可能有很大的疑惑，“如果它是个文件描述符，那么为什么不用一般调用read()和write()来进行套接字通讯？”简单的答案是：“你可以使用！”。详细的答案是：“你可以，但是使用send()和recv()让你更好的控制数据传输。”存在这样一个情况：在我们的世界上，有很多种套接字。有DARPA Internet 地址 (Internet 套接字)，本地节点的路径名 (Unix套接字)，CCITTX.25地址 (你可以将X.25套接字完全忽略)。也许在你的Unix 机器上还有其它的。我们在这里只讲第一种：Internet 套接字。

5、Internet 套接字的两种类型

　　什么意思？有两种类型的Internet套接字？是的。不，我在撒谎。其实还有很多，但是我可不想吓着你。我们这里只讲两种。除了这些, 我打算另外介绍的 "Raw Sockets" 也是非常强大的，很值得查阅。

那么这两种类型是什么呢？一种是"Stream Sockets"（流格式），另外一种是"DatagramSockets"（数据包格式）。我们以后谈到它们的时候也会用到"SOCK_STREAM" 和 "SOCK_DGRAM"。数据报套接字有时也叫“无连接套接字”(如果你确实要连接的时候可以用connect()。) 流式套接字是可靠的双向通讯的数据流。如果你向套接字按顺序输出“1，2”，那么它们将按顺序“1，2”到达另一边。它们是无错误的传递的，有自己的错误控制，在此不讨论。

有什么在使用流式套接字？你可能听说过telnet，不是吗？它就使用流式套接字。你需要你所输入的字符按顺序到达，不是吗？同样，WWW浏览器使用的 HTTP 协议也使用它们来下载页面。实际上，当你通过端口80 telnet 到一个 WWW 站点，然后输入 “GETpagename” 的时候，你也可以得到 HTML 的内容。为什么流式套接字可以达到高质量的数据传输？这是因为它使用了“传输控制协议(The Transmission ControlProtocol)”，也叫 “TCP” (请参考RFC-793获得详细资料。)TCP控制你的数据按顺序到达并且没有错

误。你也许听到 “TCP” 是因为听到过 “TCP/IP”。这里的 IP 是指“Internet 协议”(请参考 RFC-791。)IP 只是处理Internet路由而已。

那么数据报套接字呢？为什么它叫无连接呢？为什么它是不可靠的呢？有这样的一些事实：如果你发送一个数据报，它可能会到达，它可能次序颠倒了。如果它到达，那么在这个包的内部是无错误的。数据报也使用IP 作路由，但是它不使用TCP。它使用“用户数据报协议(User DatagramProtocol)”，也叫 “UDP” (请参考RFC-768。)

为什么它们是无连接的呢？主要是因为它并不象流式套接字那样维持一个连接。你只要建立一个包，构造一个有目标信息的IP 头，然后发出去。无需连接。它们通常使用于传输包-包信息。简单的应用程序有：tftp, bootp等等。

你也许会想：“假如数据丢失了这些程序如何正常工作？”我的朋友，每个程序在UDP上有自己的协议。例如，tftp协议每发出的一个被接受到包，收到者必须发回一个包来说“我收到了！” (一个“命令正确应答”也叫“ACK” 包)。如果在一定时间内(例如5秒)，发送方没有收到应答，它将重新发送，直到得到 ACK。这一ACK过程在实现SOCK_DGRAM 应用程序的时候非常重要。

6、网络理论

　　既然我刚才提到了协议层，那么现在是讨论网络究竟如何工作和一些关于 SOCK_DGRAM包是如何建立的例子。当然，你也可以跳过这一段，如果你认为已经熟悉的话。

现在是学习数据封装(Data Encapsulation)的时候了！它非常非常重要。它重要性重要到你在网络课程学（图1：数据封装）习中无论如何也得也得掌握它。主要的内容是：一个包，先是被第一个协议(在这里是TFTP )在它的报头（也许是报尾）包装(“封装”)，然后，整个数据(包括 TFTP头)被另外一个协议 (在这里是 UDP )封装，然后下一个(IP )，一直重复下去，直到硬件(物理)层( 这里是以太网 )。

当另外一台机器接收到包，硬件先剥去以太网头，内核剥去IP和UDP 头，TFTP程序再剥去TFTP头，最后得到数据。现在我们终于讲到声名狼藉的网络分层模型 (Layered NetworkModel)。这种网络模型在描述网络系统上相对其它模型有很多优点。例如，你可以写一个套接字程序而不用关心数据的物理传输(串行口，以太网，连接单元接口 (AUI) 还是其它介质)，因为底层的程序会为你处理它们。实际的网络硬件和拓扑对于程序员来说是透明的。

不说其它废话了，我现在列出整个层次模型。如果你要参加网络考试，可一定要记住：

应用层 (Application)

表示层 (Presentation)

会话层 (Session)

传输层(Transport)

网络层(Network)

数据链路层(Data Link)

物理层(Physical)

物理层是硬件(串口，以太网等等)。应用层是和硬件层相隔最远的--它是用户和网络交互的地方。

这个模型如此通用，如果你想，你可以把它作为修车指南。把它对应到Unix，结果是：

应用层(Application Layer) (telnet, ftp,等等)

传输层(Host-to-Host Transport Layer) (TCP, UDP)

Internet层(Internet Layer) (IP和路由)

网络访问层 (Network Access Layer)(网络层，数据链路层和物理层)

现在，你可能看到这些层次如何协调来封装原始的数据了。

看看建立一个简单的数据包有多少工作？哎呀，你将不得不使用"cat"来建立数据包头！这仅仅是个玩笑。对于流式套接字你要作的是 send() 发送数据。对于数据报式套接字，你按照你选择的方式封装数据然后使用sendto()。内核将为你建立传输层和 Internet 层，硬件完成网络访问层。这就是现代科技。

现在结束我们的网络理论速成班。哦，忘记告诉你关于路由的事情了。但是我不准备谈它，如果你真的关心，那么参考 IPRFC。

7、结构体

　　终于谈到编程了。在这章，我将谈到被套接字用到的各种数据类型。因为它们中的一些内容很重要了。

首先是简单的一个：socket描述符。它是下面的类型：

int 仅仅是一个常见的 int。

从现在起，事情变得不可思议了，而你所需做的就是继续看下去。注意这样的事实：有两种字节排列顺序：重要的字节 (有时叫"octet"，即八位位组) 在前面，或者不重要的字节在前面。前一种叫“网络字节顺序 (Network ByteOrder)”。有些机器在内部是按照这个顺序储存数据，而另外一些则不然。当我说某数据必须按照 NBO 顺序，那么你要调用函数(例如htons() )来将它从本机字节顺序 (Host Byte Order) 转换过来。如果我没有提到 NBO，那么就让它保持本机字节顺序。

我的第一个结构(在这个技术手册TM中)--struct sockaddr。这个结构为许多类型的套接字储存套接字地址信息：

structsockaddr

{

unsigned short sa_family;

char sa_data[14];

};

sa_family能够是各种各样的类型，但是在这篇文章中都是"AF_INET"。 sa_data包含套接字中的目标地址和端口信息。这好像有点不明智。

为了处理struct sockaddr，程序员创造了一个并列的结构： structsockaddr_in ("in"代表"Internet"。)

struct sockaddr_in

{

short int sin_family;

unsigned short int sin_port;

struct in_addr sin_addr;

unsigned char sin_zero[8];

};

用这个数据结构可以轻松处理套接字地址的基本元素。注意sin_zero(它被加入到这个结构，并且长度和 structsockaddr 一样)应该使用函数 bzero()或memset() 来全部置零。同时，这一重要的字节，一个指向 sockaddr_in结构体的指针也可以被指向结构体sockaddr并且代替它。这样的话即使 socket() 想要的是 struct sockaddr *，你仍然可以使用 struct sockaddr_in，并且在最后转换。同时，注意sin_family 和 struct sockaddr 中的 sa_family 一致并能够设置为 "AF_INET"。最后，sin_port和 sin_addr 必须是网络字节顺序 (Network Byte Order)！

你也许会反对道："但是，怎么让整个数据结构 struct in_addr sin_addr 按照网络字节顺序呢?" 要知道这个问题的答案，我们就要仔细的看一看这个数据结构：struct in_addr, 有这样一个联合(unions)：

struct in_addr

{

unsigned long s_addr;

};

它曾经是个最坏的联合，但是现在那些日子过去了。如果你声明"ina" 是数据结构 struct sockaddr_in 的实例，那么"ina.sin_addr.s_addr" 就储存4字节的 IP 地址(使用网络字节顺序)。如果你不幸的系统使用的还是恐怖的联合 struct in_addr ，你还是可以放心4字节的 IP地址并且和上面我说的一样(这是因为使用了“#define”。)

8、本机转换

　　我们现在到了新的章节。我们曾经讲了很多网络到本机字节顺序的转换，现在可以实践了！

你能够转换两种类型： short (两个字节)和 long(四个字节)。这个函数对于变量类型 unsigned也适用。假设你想将 short 从本机字节顺序转换为网络字节顺序。用 "h" 表示"本机 (host)"，接着是 "to"，然后用 "n" 表示 "网络 (network)"，最后用 "s" 表示 "short"： h-to-n-s, 或者 htons() ("Host to Network Short")。

太简单了...

如果不是太傻的话，你一定想到了由"n"，"h"，"s"，和"l"形成的正确组合，例如这里肯定没有stolh() ("Short toLong Host") 函数，不仅在这里没有，所有场合都没有。但是这里有：

htons()--"Host to Network Short"

htonl()--"Host to Network Long"

ntohs()--"Network to Host Short"

ntohl()--"Network to Host Long"

现在，你可能想你已经知道它们了。你也可能想：“如果我想改变char 的顺序要怎么办呢?” 但是你也许马上就想到，“用不着考虑的”。你也许会想到：我的68000机器已经使用了网络字节顺序，我没有必要去调用htonl() 转换 IP 地址。你可能是对的，但是当你移植你的程序到别的机器上的时候，你的程序将失败。可移植性！这里是Unix 世界！记住：在你将数据放到网络上的时候，确信它们是网络字节顺序的。

最后一点：为什么在数据结构 struct sockaddr_in 中， sin_addr 和 sin_port 需要转换为网络字节顺序，而sin_family 需不需要呢? 答案是： sin_addr 和sin_port 分别封装在包的 IP 和 UDP层。因此，它们必须要是网络字节顺序。但是 sin_family 域只是被内核 (kernel) 使用来决定在数据结构中包含什么类型的地址，所以它必须是本机字节顺序。同时，sin_family没有发送到网络上，它们可以是本机字节顺序。

9、IP 地址和如何处理它们

现在我们很幸运，因为我们有很多的函数来方便地操作IP 地址。没有必要用手工计算它们，也没有必要用"<< span>操作来储存成长整字型。首先，假设你已经有了一个sockaddr_in结构体ina，你有一个IP地址"132.241.5.10"要储存在其中，你就要用到函数inet_addr(),将IP地址从点数格式转换成无符号长整型。使用方法如下：

ina.sin_addr.s_addr = inet_addr("132.241.5.10");

注意，inet_addr()返回的地址已经是网络字节格式，所以你无需再调用函数htonl()。

我们现在发现上面的代码片断不是十分完整的，因为它没有错误检查。显而易见，当inet_addr()发生错误时返回-1。记住这些二进制数字？(无符号数)-1仅仅和IP地址255.255.255.255相符合！这可是广播地址！大错特错！记住要先进行错误检查。

好了，现在你可以将IP地址转换成长整型了。有没有其相反的方法呢？它可以将一个in_addr结构体输出成点数格式？这样的话，你就要用到函数inet_ntoa()("ntoa"的含义是"network to ascii")，就像这样：

printf("%s",inet_ntoa(ina.sin_addr));

它将输出IP地址。需要注意的是inet_ntoa()将结构体in-addr作为一个参数，不是长整形。同样需要注意的是它返回的是一个指向一个字符的指针。它是一个由inet_ntoa()控制的静态的固定的指针，所以每次调用 inet_ntoa()，它就将覆盖上次调用时所得的IP地址。例如：

char *a1, *a2;

a1 = inet_ntoa(ina1.sin_addr);

a2 = inet_ntoa(ina2.sin_addr);

printf("address 1: %s/n",a1);

printf("address 2: %s/n",a2);

输出如下：

address 1:132.241.5.10

address 2:132.241.5.10

假如你需要保存这个IP地址，使用strcopy()函数来指向你自己的字符指针。

上面就是关于这个主题的介绍。稍后，你将学习将一个类似"wintehouse.gov"的字符串转换成它所对应的IP地址(查阅域名服务,稍后)。

10、socket()函数

我想我不能再不提这个了－下面我将讨论一下socket()系统调用。

下面是详细介绍：

#include

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

但是它们的参数是什么? 首先，domain 应该设置成"AF_INET"，就象上面的数据结构struct sockaddr_in 中一样。然后，参数 type 告诉内核是 SOCK_STREAM 类型还是 SOCK_DGRAM 类型。最后，把 protocol 设置为 "0"。(注意：有很多种 domain、type，我不可能一一列出了，请看 socket() 的 man帮助。当然，还有一个"更好"的方式去得到 protocol。同时请查阅 getprotobyname() 的 man 帮助。)

socket()只是返回你以后在系统调用种可能用到的socket 描述符，或者在错误的时候返回-1。全局变量errno中将储存返回的错误值。(请参考perror() 的 man 帮助。)

11、bind()函数

　　一旦你有一个套接字，你可能要将套接字和机器上的一定的端口关联起来。(如果你想用listen()来侦听一定端口的数据，这是必要一步--MUD 告诉你说用命令 "telnet x.y.z 6969"。)如果你只想用 connect()，那么这个步骤没有必要。但是无论如何，请继续读下去。

这里是系统调用 bind() 的大概：

#include

int bind(intsockfd, struct sockaddr *my_addr, intaddrlen);

sockfd是调用socket 返回的文件描述符。my_addr 是指向数据结构struct sockaddr 的指针，它保存你的地址(即端口和 IP 地址)信息。 addrlen 设置为sizeof(structsockaddr)。

简单得很不是吗? 再看看例子：

#include

#define MYPORT 3490

Void main()

{

int sockfd;

struct sockaddr_in my_addr;

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);

my_addr.sin_family = AF_INET;

my_addr.sin_port = htons(MYPORT);

my_addr.sin_addr.s_addr =inet_addr("132.241.5.10");

bzero(&(my_addr.sin_zero),;

bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(struct sockaddr));

}

这里也有要注意的几件事情。my_addr.sin_port 是网络字节顺序，my_addr.sin_addr.s_addr也是的。另外要注意到的事情是因系统的不同，包含的头文件也不尽相同，请查阅本地的 man 帮助文件。

在 bind() 主题中最后要说的话是，在处理自己的 IP 地址和/或端口的时候，有些工作是可以自动处理的。

my_addr.sin_port = 0;

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

通过将0赋给 my_addr.sin_port，你告诉 bind() 自己选择合适的端口。同样，将my_addr.sin_addr.s_addr 设置为 INADDR_ANY，你告诉它自动填上它所运行的机器的 IP 地址。

如果你一向小心谨慎，那么你可能注意到我没有将INADDR_ANY 转换为网络字节顺序！这是因为我知道内部的东西：INADDR_ANY 实际上就是 0！即使你改变字节的顺序，0依然是0。但是完美主义者说应该处处一致，INADDR_ANY或许是12呢？你的代码就不能工作了，那么就看下面的代码：

my_addr.sin_port = htons(0);

my_addr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY);

你或许不相信，上面的代码将可以随便移植。我只是想指出，既然你所遇到的程序不会都运行使用htonl的INADDR_ANY。

bind()在错误的时候依然是返回-1，并且设置全局错误变量errno。

在你调用 bind() 的时候，你要小心的另一件事情是：不要采用小于 1024的端口号。所有小于1024的端口号都被系统保留！你可以选择从1024 到65535的端口(如果它们没有被别的程序使用的话)。

你要注意的另外一件小事是：有时候你根本不需要调用它。如果你使用connect()来和远程机器进行通讯，你不需要关心你的本地端口号(就象你在使用 telnet 的时候)，你只要简单的调用 connect() 就可以了，它会检查套接字是否绑定端口，如果没有，它会自己绑定一个没有使用的本地端口。

12、connect()程序

　　现在我们假设你是个 telnet 程序。你的用户命令你得到套接字的文件描述符。你听从命令调用了socket()。下一步，你的用户告诉你通过端口 23(标准 telnet 端口)连接到"132.241.5.10"。你该怎么做呢? 幸运的是，你正在阅读 connect()--如何连接到远程主机这一章。你可不想让你的用户失望。

connect()系统调用是这样的：

#include

int connect(int sockfd, struct sockaddr*serv_addr, int addrlen);

sockfd是系统调用socket() 返回的套接字文件描述符。serv_addr 是保存着目的地端口和 IP 地址的数据结构 struct sockaddr。addrlen 设置为 sizeof(struct sockaddr)。

想知道得更多吗？让我们来看个例子：

#include

#define DEST_IP"132.241.5.10"

#define DEST_PORT 23

main()

{

int sockfd;

struct sockaddr_in dest_addr;

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

dest_addr.sin_family = AF_INET;

dest_addr.sin_port = htons(DEST_PORT);

dest_addr.sin_addr.s_addr =inet_addr(DEST_IP);

bzero(&(dest_addr.sin_zero),;

connect(sockfd, (struct sockaddr*)&dest_addr, sizeof(struct sockaddr));

}

　　再一次，你应该检查 connect() 的返回值--它在错误的时候返回-1，并设置全局错误变量 errno。

同时，你可能看到，我没有调用 bind()。因为我不在乎本地的端口号。我只关心我要去那。内核将为我选择一个合适的端口号，而我们所连接的地方也自动地获得这些信息。一切都不用担心。

13、listen()函数

　　是换换内容得时候了。假如你不希望与远程的一个地址相连，或者说，仅仅是将它踢开，那你就需要等待接入请求并且用各种方法处理它们。处理过程分两步：首先，你听--listen()，然后，你接受--accept() (请看下面的内容)。

除了要一点解释外，系统调用 listen 也相当简单。

int listen(intsockfd, int backlog);

sockfd是调用socket() 返回的套接字文件描述符。backlog 是在进入队列中允许的连接数目。什么意思呢? 进入的连接是在队列中一直等待直到你接受 (accept() 请看下面的文章)连接。它们的数目限制于队列的允许。大多数系统的允许数目是20，你也可以设置为5到10。

和别的函数一样，在发生错误的时候返回-1，并设置全局错误变量 errno。

你可能想象到了，在你调用 listen() 前你或者要调用 bind() 或者让内核随便选择一个端口。如果你想侦听进入的连接，那么系统调用的顺序可能是这样的：

socket();

bind();

listen();

因为它相当的明了，我将在这里不给出例子了。(在 accept() 那一章的代码将更加完全。)真正麻烦的部分在 accept()。

14、accept()函数

　　准备好了，系统调用 accept() 会有点古怪的地方的！你可以想象发生这样的事情：有人从很远的地方通过一个你在侦听 (listen()) 的端口连接 (connect()) 到你的机器。它的连接将加入到等待接受 (accept()) 的队列中。你调用 accept() 告诉它你有空闲的连接。它将返回一个新的套接字文件描述符！这样你就有两个套接字了，原来的一个还在侦听你的那个端口，新的在准备发送 (send()) 和接收 ( recv()) 数据。这就是这个过程！

函数是这样定义的：

#include

int accept(intsockfd, void *addr, int *addrlen);

sockfd相当简单，是和listen() 中一样的套接字描述符。addr 是个指向局部的数据结构 sockaddr_in 的指针。这是要求接入的信息所要去的地方（你可以测定那个地址在那个端口呼叫你）。在它的地址传递给 accept 之前，addrlen 是个局部的整形变量，设置为 sizeof(struct sockaddr_in)。 accept 将不会将多余的字节给 addr。如果你放入的少些，那么它会通过改

变 addrlen 的值反映出来。

同样，在错误时返回-1，并设置全局错误变量 errno。

现在是你应该熟悉的代码片段。

#include

#define MYPORT 3490

#define BACKLOG 10

main()

{

int sockfd, new_fd;

struct sockaddr_in my_addr;

struct sockaddr_in their_addr;

int sin_size;

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

my_addr.sin_family = AF_INET;

my_addr.sin_port = htons(MYPORT);

my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

bzero(&(my_addr.sin_zero),;

bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(structsockaddr));

listen(sockfd,BACKLOG);

sin_size = sizeof(structsockaddr_in);

new_fd = accept(sockfd,&their_addr,&sin_size);

}

注意，在系统调用 send() 和 recv() 中你应该使用新的套接字描述符 new_fd。如果你只想让一个连接进来，那么你可以使用 close() 去关闭原来的文件描述符 sockfd 来避免同一个端口更多的连接。

15、send() and recv()函数

　　这两个函数用于流式套接字或者数据报套接字的通讯。如果你喜欢使用无连接的数据报套接字，你应该看一看下面关于sendto() 和recvfrom() 的章节。

send()是这样的：

int send(intsockfd, const void *msg, int len, intflags);

sockfd是你想发送数据的套接字描述符(或者是调用 socket() 或者是accept() 返回的。)msg 是指向你想发送的数据的指针。len 是数据的长度。把 flags 设置为 0 就可以了。(详细的资料请看send() 的 manpage)。

这里是一些可能的例子：

char *msg = "Beej washere!";

int len, bytes_sent;

len = strlen(msg);

bytes_sent = send(sockfd, msg, len,0);

send()返回实际发送的数据的字节数--它可能小于你要求发送的数目！注意，有时候你告诉它要发送一堆数据可是它不能处理成功。它只是发送它可能发送的数据，然后希望你能够发送其它的数据。记住，如果send() 返回的数据和len不匹配，你就应该发送其它的数据。但是这里也有个好消息：如果你要发送的包很小(小于大约 1K)，它可能处理让数据一次发送完。最后要说得就是，它在错误的时候返回-1，并设置 errno。

recv()函数很相似：

int recv(intsockfd, void *buf, int len, unsigned int flags);

sockfd是要读的套接字描述符。buf 是要读的信息的缓冲。len 是缓冲的最大长度。flags 可以设置为0。(请参考recv() 的 manpage。) recv()返回实际读入缓冲的数据的字节数。或者在错误的时候返回-1，同时设置 errno。

很简单，不是吗? 你现在可以在流式套接字上发送数据和接收数据了。你现在是 Unix 网络程序员了！

16、sendto() 和 recvfrom()函数

　　“这很不错啊”，你说，“但是你还没有讲无连接数据报套接字呢？”没问题，现在我们开始这个内容。

既然数据报套接字不是连接到远程主机的，那么在我们发送一个包之前需要什么信息呢?不错，是目标地址！看看下面的：

int sendto(intsockfd, const void *msg, int len, unsigned intflags,

const struct sockaddr *to, inttolen);

你已经看到了，除了另外的两个信息外，其余的和函数send() 是一样的。to 是个指向数据结构 struct sockaddr 的指针，它包含了目的地的IP 地址和端口信息。tolen 可以简单地设置为 sizeof(struct sockaddr)。和函数 send() 类似，sendto() 返回实际发送的字节数(它也可能小于你想要发送的字节数！)，或者在错误的时候返回 -1。

相似的还有函数 recv() 和 recvfrom()。recvfrom() 的定义是这样的：

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

又一次，除了两个增加的参数外，这个函数和 recv() 也是一样的。from 是一个指向局部数据结构 struct sockaddr 的指针，它的内容是源机器的 IP 地址和端口信息。fromlen 是个 int 型的局部指针，它的初始值为 sizeof(struct sockaddr)。函数调用返回后，fromlen 保存着实际储存在 from 中的地址的长度。

recvfrom()返回收到的字节长度，或者在发生错误后返回 -1。

记住，如果你用 connect() 连接一个数据报套接字，你可以简单的调用 send() 和 recv() 来满足你的要求。这个时候依然是数据报套接字，依然使用UDP，系统套接字接口会为你自动加上了目标和源的信息。

17、close()和shutdown()函数

　　你已经整天都在发送 (send()) 和接收 (recv()) 数据了，现在你准备关闭你的套接字描述符了。这很简单，你可以使用一般的Unix 文件描述符的 close() 函数：

close(sockfd);

它将防止套接字上更多的数据的读写。任何在另一端读写套接字的企图都将返回错误信息。

如果你想在如何关闭套接字上有多一点的控制，你可以使用函数shutdown()。它允许你将一定方向上的通讯或者双向的通讯(就象close()一样)关闭，你可以使用：

int shutdown(intsockfd, int how);

sockfd是你想要关闭的套接字文件描述复。how 的值是下面的其中之一：

0 - 不允许接受

1 - 不允许发送

2 - 不允许发送和接受(和close()一样)

shutdown()成功时返回 0，失败时返回 -1(同时设置 errno。)如果在无连接的数据报套接字中使用shutdown()，那么只不过是让 send() 和 recv() 不能使用(记住你在数据报套接字中使用了 connect 后是可以使用它们的)。

18、getpeername()函数

　　这个函数太简单了。

它太简单了，以至我都不想单列一章。但是我还是这样做了。函数getpeername()告诉你在连接的流式套接字上谁在另外一边。函数是这样的：

#include

int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen);

sockfd是连接的流式套接字的描述符。addr 是一个指向结构 struct sockaddr (或者是 struct sockaddr_in) 的指针，它保存着连接的另一边的信息。addrlen 是一个 int 型的指针，它初始化为sizeof(struct sockaddr)。函数在错误的时候返回 -1，设置相应的 errno。

一旦你获得它们的地址，你可以使用 inet_ntoa() 或者 gethostbyaddr()来打印或者获得更多的信息。但是你不能得到它的帐号。(如果它运行着愚蠢的守护进程，这是可能的，但是它的讨论已经超出了本文的范围，请参考RFC-1413以获得更多的信息。)

19、gethostname()函数

　　甚至比 getpeername() 还简单的函数是 gethostname()。它返回你程序所运行的机器的主机名字。然后你可以使用gethostbyname() 以获得你的机器的 IP 地址。

　　下面是定义：

#include

intgethostname(char *hostname, size_t size);

参数很简单：hostname 是一个字符数组指针，它将在函数返回时保存

主机名。size是hostname 数组的字节长度。

函数调用成功时返回 0，失败时返回 -1，并设置errno。

20、域名服务（DNS）

　　如果你不知道 DNS 的意思，那么我告诉你，它代表域名服务(Domain NameService)。它主要的功能是：你给它一个容易记忆的某站点的地址，它给你 IP 地址(然后你就可以使用 bind(), connect(), sendto() 或者其它函数) 。当一个人输入：

$ telnet whitehouse.gov

telnet能知道它将连接(connect()) 到 "198.137.240.100"。

但是这是如何工作的呢? 你可以调用函数 gethostbyname()：

#include

struct hostent *gethostbyname(const char*name);

很明白的是，它返回一个指向 struct hostent 的指针。这个数据结构是这样的：

struct hostent

{

char *h_name;

char **h_aliases;

int h_addrtype;

int h_length;

char **h_addr_list;

};

#define h_addrh_addr_list[0]

这里是这个数据结构的详细资料：

structhostent:

h_name - 地址的正式名称。

h_aliases - 空字节-地址的预备名称的指针。

h_addrtype -地址类型; 通常是AF_INET。

h_length - 地址的比特长度。

h_addr_list - 零字节-主机网络地址指针。网络字节顺序。

h_addr - h_addr_list中的第一地址。

gethostbyname()成功时返回一个指向结构体 hostent 的指针，或者是个空 (NULL) 指针。(但是和以前不同，不设置errno，h_errno 设置错误信息。请看下面的 herror()。)

但是如何使用呢? 有时候（我们可以从电脑手册中发现），向读者灌输信息是不够的。这个函数可不象它看上去那么难用。

这里是个例子：

#include

int main(int argc, char *argv[])

{

struct hostent *h;

if (argc != 2)

{

fprintf(stderr,"usage: getip address/n");

exit(1);

}

if ((h=gethostbyname(argv[1])) == NULL)

{

herror("gethostbyname");

exit(1);

}

printf("Host name : %s/n",h->h_name);

printf("IP Address : %s/n",inet_ntoa(*((structin_addr *)h->h_addr)));

return 0;

}

在使用 gethostbyname() 的时候，你不能用 perror() 打印错误信息 (因为 errno 没有使用)，你应该调用 herror()。

相当简单，你只是传递一个保存机器名的字符串(例如 "whitehouse.gov") 给 gethostbyname()，然后从返回的数据结构 struct hostent 中获取信息。

唯一也许让人不解的是输出 IP 地址信息。h->h_addr 是一个 char *，但是 inet_ntoa() 需要的是 struct in_addr。因此，我转换 h->h_addr 成 struct in_addr *，然后得到数据。

21、客户-服务器背景知识

　　这里是个客户--服务器的世界。在网络上的所有东西都是在处理客户进程和服务器进程的交谈。举个telnet的例子。当你用 telnet(客户)通过23 号端口登陆到主机，主机上运行的一个程序(一般叫 telnetd，服务器)激活。它处理这个连接，显示登陆界面，等等。

图2：客户机和服务器的关系

图 2 说明了客户和服务器之间的信息交换。

注意，客户--服务器之间可以使用SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM 或者其它(只要它们采用相同的)。一些很好的客户--服务器的例子有telnet/telnetd、 ftp/ftpd 和bootp/bootpd。每次你使用 ftp 的时候，在远端都有一个 ftpd 为你服务。

一般，在服务端只有一个服务器，它采用 fork() 来处理多个客户的连接。基本的程序是：服务器等待一个连接，接受(accept()) 连接，然后 fork() 一个子进程处理它。这是下一章我们的例子中会讲到的。

22、简单的服务器

　　这个服务器所做的全部工作是在流式连接上发送字符串"Hello,World!/n"。你要测试这个程序的话，可以在一台机器上运行该程序，然后在另外一机器上登陆：

$ telnet remotehostname3490

remotehostname是该程序运行的机器的名字。

服务器代码：

#include

#define MYPORT 3490

#define BACKLOG 10

main()

{

int sockfd, new_fd;

struct sockaddr_in my_addr;

struct sockaddr_in their_addr;

int sin_size;

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) ==-1)

{

perror("socket");

exit(1);

}

my_addr.sin_family = AF_INET;

my_addr.sin_port = htons(MYPORT);

my_addr.sin_addr.s_addr =INADDR_ANY;

bzero(&(my_addr.sin_zero),;

if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))== -1)

{

perror("bind");

exit(1);

}

if (listen(sockfd, BACKLOG) == -1)

{

perror("listen");

exit(1);

}

while(1) {

sin_size = sizeof(structsockaddr_in);

if ((new_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&their_addr,/

&sin_size)) ==-1)

{

perror("accept");

continue;

}

printf("server: got connectionfrom %s/n", /

inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

if (!fork())

{

if (send(new_fd, "Hello, world!/n", 14, 0) ==-1)

perror("send");

close(new_fd);

exit(0);

}

close(new_fd);

while(waitpid(-1,NULL,WNOHANG) >0);

}

如果你很挑剔的话，一定不满意我所有的代码都在一个很大的main() 函数中。如果你不喜欢，可以划分得更细点。

你也可以用我们下一章中的程序得到服务器端发送的字符串。

23、简单的客户程序

　　这个程序比服务器还简单。这个程序的所有工作是通过3490端口连接到命令行中指定的主机，然后得到服务器发送的字符串。

客户代码:

#include

#define PORT 3490

#define MAXDATASIZE 100

int main(int argc, char*argv[])

{

int sockfd,numbytes;

charbuf[MAXDATASIZE];

struct hostent*he;

struct sockaddr_in their_addr;

if (argc != 2)

{

Fprintf(stderr,"usage: clienthostname/n");

exit(1);

}

if ((he=gethostbyname(argv[1])) ==NULL)

{

herror("gethostbyname");

exit(1);

}

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) ==-1)

{

perror("socket");

exit(1);

}

their_addr.sin_family = AF_INET;

their_addr.sin_port = htons(PORT);

their_addr.sin_addr = *((struct in_addr*)he->h_addr);

bzero(&(their_addr.sin_zero),;

if (connect(sockfd, (struct sockaddr*)&their_addr,sizeof(struct

sockaddr)) == -1)

{

perror("connect");

exit(1);

}

if ((numbytes=recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0))== -1)

{

perror("recv");

exit(1);

}

buf[numbytes] = '/0';

printf("Received:%s",buf);

close(sockfd);

return 0;

}

注意，如果你在运行服务器之前运行客户程序，connect() 将返回 "Connection refused" 信息，这非常有用。

24、数据包Sockets

　　我不想讲更多了，所以我给出代码 talker.c 和 listener.c。

listener在机器上等待在端口4590 来的数据包。talker 发送数据包到一定的机器，它包含用户在命令行输入的内容。

这里就是 listener.c：

#include

#define MYPORT 4950

#define MAXBUFLEN 100

Void main()

{

intsockfd;

struct sockaddr_in my_addr;

struct sockaddr_in their_addr;

int addr_len,numbytes;

charbuf[MAXBUFLEN];

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) ==-1)

{

perror("socket");

exit(1);

}

my_addr.sin_family = AF_INET;

my_addr.sin_port =htons(MYPORT);

my_addr.sin_addr.s_addr =INADDR_ANY;

bzero(&(my_addr.sin_zero),;

if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(struct sockaddr))==-1){

perror("bind");

exit(1);

}

addr_len = sizeof(structsockaddr);

if ((numbytes=recvfrom(sockfd,buf, MAXBUFLEN, 0, /

(struct sockaddr*)&their_addr, &addr_len)) ==-1)

{

perror("recvfrom");

exit(1);

}

printf("got packet from%s/n",inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

printf("packet is %d byteslong/n",numbytes);

buf[numbytes] ='/0';

printf("packet contains/"%s/"/n",buf);

close(sockfd);

}

注意在我们的调用 socket()，我们最后使用了 SOCK_DGRAM。同时，没有必要去使用 listen() 或者 accept()。我们在使用无连接的数据报套接字！

下面是 talker.c：

#include

#define MYPORT 4950

int main(int argc, char*argv[])

{

intsockfd;

struct sockaddr_in their_addr;

struct hostent*he;

int numbytes;

if (argc != 3)

{

fprintf(stderr,"usage: talker hostnamemessage/n");

exit(1);

}

if ((he=gethostbyname(argv[1])) ==NULL)

{

herror("gethostbyname");

exit(1);

}

if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) ==-1)

{

perror("socket");

exit(1);

}

their_addr.sin_family = AF_INET;

their_addr.sin_port =htons(MYPORT);

their_addr.sin_addr = *((structin_addr*)he->h_addr);

bzero(&(their_addr.sin_zero),;

if ((numbytes=sendto(sockfd, argv[2],strlen(argv[2]), 0, /

(struct sockaddr*)&their_addr, sizeof(struct sockaddr))) ==-1)

{

perror("sendto");

exit(1);

}

printf("sent %d bytes to %s/n",numbytes,inet_ntoa(their_addr.sin_addr));

close(sockfd);

return 0;

}

这就是所有的了。在一台机器上运行 listener，然后在另外一台机器上运行 talker。观察它们的通讯！

除了一些我在上面提到的数据套接字连接的小细节外，对于数据套接字，我还得说一些，当一个讲话者呼叫connect()函数时并指定接受者的地址时，从这点可以看出，讲话者只能向connect()函数指定的地址发送和接受信息。因此，你不需要使用sendto()和recvfrom()，你完全可以用send() 和recv()代替。

25、阻塞

　　阻塞，你也许早就听说了。"阻塞"是"sleep"的科技行话。你可能注意到前面运行的 listener 程序，它在那里不停地运行，等待数据包的到来。实际在运行的是它调用recvfrom()，然后没有数据，因此recvfrom() 说" 阻塞(block)"，直到数据的到来。

很多函数都利用阻塞。accept() 阻塞，所有的 recv*() 函数阻塞。它们之所以能这样做是因为它们被允许这样做。当你第一次调用socket() 建立套接字描述符的时候，内核就将它设置为阻塞。如果你不想套接字阻塞，你就要调用函数 fcntl()：

#include

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);

fcntl(sockfd, F_SETFL,O_NONBLOCK);

　　通过设置套接字为非阻塞，你能够有效地"询问"套接字以获得信息。如果你尝试着从一个非阻塞的套接字读信息并且没有任何数据，它不允许阻塞--它将返回 -1 并将errno 设置为 EWOULDBLOCK。

但是一般说来，这种询问不是个好主意。如果你让你的程序在忙等状态查询套接字的数据，你将浪费大量的 CPU时间。更好的解决之道是用下一章讲的 select() 去查询是否有数据要读进来。

26、select()--多路同步 I/O

　　虽然这个函数有点奇怪，但是它很有用。假设这样的情况：你是个服务器，你一边在不停地从连接上读数据，一边在侦听连接上的信息。没问题，你可能会说，不就是一个 accept() 和两个 recv() 吗?这么容易吗，朋友? 如果你在调用accept()的时候阻塞呢? 你怎么能够同时接受recv() 数据? “用非阻塞的套接字啊！” 不行！你不想耗尽所有的CPU 吧? 那么，该如何是好?

select()让你可以同时监视多个套接字。如果你想知道的话，那么它就会告诉你哪个套接字准备读，哪个又准备写，哪个套接字又发生了例外 (exception)。

闲话少说，下面是 select()：

#include

int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set*writefds,fd_set

*exceptfds, struct timeval *timeout);

这个函数监视一系列文件描述符，特别是 readfds、writefds 和exceptfds。如果你想知道你是否能够从标准输入和套接字描述符 sockfd 读入数据，你只要将文件描述符 0 和 sockfd 加入到集合readfds 中。参数 numfds 应该等于最高的文件描述符的值加1。在这个例子中，你应该设置该值为 sockfd+1。因为它一定大于标准输入的文件描述符 (0)。当函数 select() 返回的时候，readfds 的值修改为反映你选择的哪个文件描述符可以读。你可以用下面讲到的宏FD_ISSET() 来测试。在我们继续下去之前，让我来讲讲如何对这些集合进行操作。每个集合类型都是fd_set。下面有一些宏来对这个类型进行操作：

FD_ZERO(fd_set*set) -清除一个文件描述符集合

FD_SET(int fd,fd_set *set) -添加fd到集合

FD_CLR(int fd,fd_set *set) -从集合中移去fd

FD_ISSET(int fd,fd_set *set) -测试fd是否在集合中

最后，是有点古怪的数据结构 struct timeval。有时你可不想永远等待别人发送数据过来。也许什么事情都没有发生的时候你也想每隔96秒在终端上打印字符串 "Still Going..."。这个数据结构允许你设定一个时间，如果时间到了，而select()还没有找到一个准备好的文件描述符，它将返回让你继续处理。

数据结构 struct timeval 是这样的：

struct timeval

{

int tv_sec;

int tv_usec;

};

只要将 tv_sec 设置为你要等待的秒数，将 tv_usec 设置为你要等待的微秒数就可以了。是的，是微秒而不是毫秒。1,000微秒等于1毫秒，1,000 毫秒等于1秒。也就是说，1秒等于1,000,000微秒。为什么用符号 "usec" 呢?字母 "u" 很象希腊字母Mu，而 Mu 表示 "微"的意思。当然，函数返回的时候 timeout可能是剩余的时间，之所以是可能，是因为它依赖于你的 Unix 操作系统。

哈！我们现在有一个微秒级的定时器！别计算了，标准的Unix 系统的时间片是100毫秒，所以无论你如何设置你的数据结构 struct timeval，你都要等待那么长的时间。

还有一些有趣的事情：如果你设置数据结构 struct timeval 中的数据为 0，select() 将立即超时，这样就可以有效地轮询集合中的所有的文件描述符。如果你将参数timeout 赋值为 NULL，那么将永远不会发生超时，即一直等到第一个文件描述符就绪。最后，如果你不是很关心等待多长时间，那么就把它赋为 NULL 吧。

下面的代码演示了在标准输入上等待 2.5 秒：

#include

#define STDIN 0

void main()

{

struct timeval tv;

fd_set readfds;

tv.tv_sec = 2;

tv.tv_usec = 500000;

FD_ZERO(&readfds);

FD_SET(STDIN,&readfds);

select(STDIN+1, &readfds, NULL,NULL, &tv);

i f (FD_ISSET(STDIN,&readfds))

printf("A key waspressed!/n");

else

printf("Timedout./n");

}

如果你是在一个 line buffered 终端上，那么你敲的键应该是回车 (RETURN)，否则无论如何它都会超时。

现在，你可能回认为这就是在数据报套接字上等待数据的方式--你是对的：它可能是。有些 Unix 系统可以按这种方式，而另外一些则不能。你在尝试以前可能要先看看本系统的man page 了。

最后一件关于 select() 的事情：如果你有一个正在侦听 (listen()) 的套接字，你可以通过将该套接字的文件描述符加入到readfds 集合中来看是否有新的连接。

这就是我关于函数select() 要讲的所有的东西。

27、参考书目:

Internetworking with TCP/IP, volumes I-III byDouglas E. Comer and

David L. Stevens. Published by Prentice Hall.Second edition ISBNs:

0-13-468505-9, 0-13-472242-6, 0-13-474222-2. Thereis a third edition of

this set which covers IPv6 and IP overATM.

Using C on the UNIX System by David A. Curry.Published by

O'Reilly & Associates, Inc. ISBN0-937175-23-4.

TCP/IP Network Administration by Craig Hunt.Published by O'Reilly

& Associates, Inc. ISBN0-937175-82-X.

TCP/IP Illustrated, volumes 1-3 by W. RichardStevens and Gary R.

Wright. Published by Addison Wesley. ISBNs:0-201-63346-9,

0-201-63354-X,0-201-63495-3.

Unix Network Programming by W. Richard Stevens.Published by

Prentice Hall. ISBN0-13-949876-1.

On the web:

BSD Sockets: A Quick And DirtyPrimer

(http://www.cs.umn.edu/~bentlema/unix/--has othergreat Unix

system programming info,too!)

Client-ServerComputing

(http://pandonia.canberra.edu.au/ClientServer/socket.html)

Intro to TCP/IP (gopher)

(gopher://gopher-chem.ucdavis.edu/11/Index/Internet_aw/Intro_the_Inter

net/intro.to.ip/)

Internet Protocol Frequently Asked Questions(France)

(http://web.cnam.fr/Network/TCP-IP/)

The Unix Socket FAQ

(http://www.ibrado.com/sock-faq/)

RFCs--the real dirt:

RFC-768 -- The User Datagram Protocol

28、修改历史

版本	修改描述	修改时间
V1.0	初始版本	2012-08-14

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