#include <sys/socket.h>

/* 成功返回套接字描述符,出错返回-1 */
int socket(int domain,int type,int protocol);

• 参数domain确定通讯的特征,包括地址格式

  domain	描述
  AF_INET	IPv4因特网域
  AF_INET6	IPv6因特网域
  AF_UNIX	UNIX域
  AF_UNSPEC	未指定

• 参数type确定套接字的类型,进一步确定通讯特征

  type	描述
  SOCK_DGRAM	长度固定的,无连接的不可靠报文传递
  SOCK_STREAM	有序,可靠,双向的面向连接的字节流,数据传送前需使用connect()来建立连接状态
  SOCK_RAW	原始的IP协议访问
  SOCK_SEQPACKET	连续可依赖的数据报连接

  • 对于SOCK_STREAM套接字是基于字节流服务的,应用程序无法直到对方发来了多少数据量,因此可能需要通过 多次read调用 才能获取完所有的发来的数据.
  • SOCK_SEQPACKET与SOCK_STREAM类似,但它是基于报文服务的,因此SOCK_SEQPACKET套接字 一次读入的数据量与对方所发送的一致.
  • SOCK_RAW套接字提供接口直接访问IP层,应用程序需要负责构造自己的协议首部.

• 参数protocol用来指定socket所使用的具体传输协议编号

  参数protocol通常为0,表示按给给定的域(domain)和套接字类型(type)选择默认协议.

  AF_INET域+SOCK_STREAM套接字类型的默认协议是TCP

  AF_INET域+SOCK_DGRAM套接字类型的默认协议是UDP

虽然套接字描述符本质上是一个文件描述符,但不是所有参数为文件描述符的函数都可以接受套接字描述符.

可以使用函数shutdown来禁止套接字上的输入/输出

#include <sys/socket.h>

int shutdown(int sockfd,int how);

参数how可以是:

SHUT_RD

关闭读

SHUT_WR

关闭写

SHUT_RDWR

关闭读写

shutdown与close的区别在于:

• 若通过dup等操作复制过套接字,则只有在最后一个套接字被关闭后才回释放网络通路.
• shutdown不管有多少个套接字连接,都使得连接立即关闭

一个地址用于标识一个特定通讯域的套接字端点,因此地址格式与特定的通讯域相关.

为了使不同格式地址能够传入到套接字函数,地址会被 强制转换为一个通用的地址结构sockaddr:

struct sockaddr{
  sa_family_t sa_family;        /* address的协议种类 */
  char sa_data[];               /* 大小可变的地址 */
  /* 其他成员 */
}

因特网地址定义在<netinet/in.h>头文件中. 在IPv4因特网域(AF_INET)中,套接字的地址用结构sockaddr_in表示:

struct sockaddr_in
{
  sa_family_t sin_family;       /* 地址family */
  in_port_t sin_port;           /* 端口号,实际一般为uint16_t */
  struct in_addr sin_addr;      /* IPv4地址 */
};

struct in_addr
{
  in_addr_t s_addr;             /* IPv4地址,实际一般为uint32_t */
};

IPv6则用结构sockaddr_in6表示:

struct sockaddr_in6{
  sa_family_t sin6_family;      /* 地址family */
  in_port_t sin6_port;          /* 端口号 */
  uint32_t sin6_flowinfo;       /* traffic class and flow info */
  struct in6_addr sin6_addr;    /* IPv6地址 */
  uint32_t sin6_scope_id;       /* set of interfaces for scope */
};

struct in6_addr{
  uint8_t sa_addr[16];          /* IPv6地址 */
};

通过inet_ntop能把IPv4和IPv6的地址转换为人能理解的字符串格式

#include <arpa/inet.h>

/* 成功返回地址字符串指针. 格式无效返回0. 出错返回-1 */
const char* inet_ntop(int domain,const void* addr,char* str,socklen_t size);

• 参数domain仅支持AF_INET和AF_INET6
• 参数size指定了str缓存区的大小,INET_ADDRSTRLEN/INET6_ADDRSTRLEN定义了足够大的空间存放存放表示IPv4/IPv6地址的文本字符串.

通过inet_pton能把人理解的字符串格式转换成网络字节序的二进制格式.

#include <arpa/inet.h>

/* 若成功,返回1;格式无效返回0;出错返回-1 */
int inet_pton(int domian,const char* str,void* addr);

POSIX.1定义了若干新函数,用于将一个主机名和服务器名映射到一个地址或者反之.

在客户端上使用connect函数来建立与服务端之间的连接

#include <sys/socket.h>

int connect(int sockfd,const struct sockaddr* addr,socklen_t len);

• addr为服务器地址
• 参数len为结构体sockaddr的长度(sockaddr的长度是可变的,还记得吗?)
• connect将sockfd与远程服务器连接,之后即可通过对sockfd进行读写的方式与远程服务器交互了.

在服务端调用listen函数监听端口

#include <sys/socket.h>

/* 成功返回0,不成功返回-1 */
int listen(int sockfd,int backlog);

• 参数backlog指定了同时能处理的最大连接数,其上限由<sys/socket.h>中的SOMAXCONN指定
• 如果连接数目达到上限则client端将收到ECONNREFUSED操作
• listen函数并未开始接受连接,它只是设置socket为listen模式,真正接受client端连接的是accept函数
• 通常的调用顺序为socket(),bind(),listen(),accept()

服务端使用accept函数获取连接请求并建立连接

#include <sys/socket.h>

/* 若成功则返回新的已建立连接的套接字描述符 */
int accept(int sockfd,struct sockaddr* addr,socklen_t* len);

• 参数sockfd为调用listen之后的套接字
• 参数addr可以用来查看是哪个客户端发起的连接请求, 若对客户端无要求,可以将addr与len都设置为NULL
• 如果没有连接请求在等待,accept会阻塞直到一个请求的到来. 若sockfd为非阻塞模式,则accept返回-1,且errno为EAGAIN或EWOULDBLOCK.
• 服务器也可以使用poll或select来等待一个请求的到来,这时,一个带有等待连接请求的套接字会以可读的方式出现

send和write很类似,但可以指定标志来改变传输数据的方式

#include <sys/socket.h>

ssize_t send(int sockfd,const void* buf,size_t nbytes,int flags);

• flag参数说明

  标志	描述
  MSG_CONFIRM	提供链路层以保持地址映射有效
  MSG_DONTROUTE	不将数据报邮路出本地网络
  MSG_DONTWAIT	非阻塞操作(等价于O_NONBLOCK)
  MSG_EOF	发送数据后关闭套接字的发送端
  MSG_EOR	如果协议支持,标记记录结束
  MSG_MORE	延迟发送数据包,以允许写更多数据
  MSG_NOSIGNAL	在写无连接的套接字时不产生SIGPIPE信号
  MSG_OOB	如果协议支持,发送带外数据

• send函数返回,表示数据已经无错误地发送到网络驱动程序上,但 不代表连接的另一端进程就接受了数据
• 对于支持报文边界的协议,如果尝试发送的单个报文的长度超过协议支持的最大长度,那么send会失败,且errno为EMSGSIZE
• 对于字节流协议,send会阻塞直到整个数据传输完成

recv函数与read类似,但recv可以指定标志来控制如何接受数据.

#include <sys/socket.h>

ssize_t recv(int sockfd,void* buf,size_t nbytes,int flags);

• 参数flag说明

  标志	描述
  MSG_CMSG_CLOEXEC	为UNIX域套接字上接收的文件描述符设置执行时关闭标志
  MSG_DONTWAIT	非阻塞操作(类似O_NONBLOCK)
  MSG_ERRQUEUE	接收错误信息作为辅助数据
  MSG_OOB	如果协议支持,获取带外数据
  MSG_PEEK	返回数据包内容,但不真正取走数据
  MSG_TRUNC	即使数据包被截断,也返回数据包的实际长度
  MSG_WAITALL	强迫接收到nbytes大小的数据后才返回(仅SOCK_STREAM),除非有错误或信号产生
  MSG_NOSIGNAL	该操作不能被SIGPIPE信号中断

sendto和send很类似,区别在于sendto可以在无连接的套接字上指定一个目标地址.

#include <sys/socket.h>

/* 若成功返回发送的字节数,出错返回-1 */
ssize_t sendto(int sockfd,const void* buf,size_t nbytes,int flags,
               const struct sockaddr* destaddr,socklen_t destlen);

• 对于面向连接的套接字,目标地址参数被忽略,因为连接中隐含了目标地址. 因此sendto函数一般用于无连接的套接字

recvfrom也可以在无连接的套接字上指定一个目标地址

#include <sys/socket.h>

ssize_t recvfrom(int sockfd,void* buf,size_t len,int flags,
                 struct sockaddr* addr,socklen_t* addrlen);

• 对于面向连接的套接字,目标地址参数被忽略,因为连接中隐含了目标地址. 因此recvfrom函数一般用于无连接的套接字

调用msghdr结构的sendmsg可以指定多重缓冲区传输数据,这和writev函数很类似

#include <sys/socket.h>

/* 成功返回发送的字节数,出错返回-1 */
ssize_t sendmsg(int sockfd,const struct msghdr* msg,int flags);

struct msghd
{
  void* msg_name;               /* optional address */
  socklen_t msg_namelen;        /* address size in bytes */
  struct iovec* msg_iov;        /* array of IO buffer */
  int msg_iovlen;               /* number of elements in array */
  void* msg_control;            /* 附加数据 */
  socklen_t msg_controllen;     /* 附加数据的字节长度 */
  int msg_flags;                /* flags for received message */
  /* 其他成员 */
};

recvmsg类似readv,可以将接收到的数据送入多个缓冲区.

#include <sys/socket.h>

ssize_t recvmsg(int sockfd,struct msghdr* msg,int flags);

• 进入recvmsg时,msghdr结构中的msg_flags字段被忽略,但在返回时, 它会被设置以表示所接收数据的各种特征

  msg_flags	描述
  MSG_CTRUNC	控制数据被截断
  MSG_EOR	接收记录结束符
  MSG_ERRQUEUE	接收错误信息作为辅助数据
  MSG_OOB	接收带外数据
  MSG_TRUNC	一般数据被截断

#include <sys/socket.h>

/* 成功返回0,失败返回-1 */
int setsockopt(int sockfd,int level,int option,const void* val,socklen_t len);

• 参数level表示欲设置的网络层

  level	说明
  SOL_SOCKET	通用的套接字层次选项
  IPPROTO_TCP	TCP协议选项
  IPPROTO_IP	IP协议选项

• 参数option表示选项,val表示该选项设置为那个值, val的具体参数类型根据不同的option而不同.

  选项	参数val的类型	描述
  SO_ACCEPTCONN	int	返回信息指示该套接字是否能被监听(仅getsockopt)
  SO_BROADCAST	int	若*val非0,则广播数据报
  SO_DEBUG	int	若*val非0,启用网络驱动调试功能
  SO_DONTROUTE	int	若*val非0,不将报文由路出网络
  SO_ERROR	int	返回挂起的套接字错误并清除(仅getsockopt)
  SO_KEEPALIVE	int	若*val非0,启用周期性keep-alive报文
  SO_LINGER	struct linger	确保数据安全且可靠的传送出去
  SO_OOBINLINE	int	若*val非0,将带外数据放在普通数据中
  SO_RCVBUF	int	接收缓冲区的字节长度
  SO_RCVLOWAT	int	接收调用中返回的最小数据字节数
  SO_RCVTIMEO	struct timeval	套接字接收调用超时值
  SO_REUSEADDR	int	若*val非0,重用bind中的地址
  SO_SNDBUF	int	发送缓冲区的字节长度
  SO_SNDLOWAT	int	发送调用中传送的最小数据字节数
  SO_SNDTIMEO	struct timeval	套接字发送调用超时值
  SO_TYPE	int	标识套接字类型(仅getsockopt)

• 参数len指定了val指向的对象的大小.

可以使用getsockopt函数来查看选项的当前值

#include <sys/socket.h>

int getsockopt(int sockfd,int level,int option,void* val,socklen_t* lenp);

• 参数lenp是一个指向整数的指针,在调用getsockopt之前该整数为val缓冲区的长度,调用后,该值更新为实际长度.