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套接字编程的基本概念

1、关于使用套接字编程的一些基本概念
   二元组的定义:
   三元组的定义:
   五元组的定义:
   V是值的集合,O是操作的集合,G是构成名字的文法,M是存储的集合,S是从G能构成的名字 几个到M的映射.
   (a)半相关与全相关
   半相关：在网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程： （协议，本地地址，本地端口号）这样一个三元组，叫做一个半相关（half-association），它指定连接的每半部分。
   全相关：一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通信的一端用TCP协议，而另一端用UDP协议。因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标识：（协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号）这样一个五元组，叫做一个相关（association），即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的相关，或完全指定组成一连接。
   (b)TCP/IP协议的地址结构为：
   struct sockaddr_in
   {
      short sin_family;            /*AF_INET*/
      u_short sin_port;            /*16位端口号，网络字节顺序*/
      struct in_addr sin_addr;     /*32位IP地址，网络字节顺序*/
      char sin_zero[8];            /*保留*/
   }
   (c)套接字类型
   TCP/IP的socket提供下列三种类型套接字。

   流式套接字（SOCK_STREAM）：提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。内设流量控制，避免数据流超限；数据被看作是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即使用流式套接字。
   数据报式套接字（SOCK_DGRAM）：提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。
  原始式套接字（SOCK_RAW）：该接口允许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。
 (d)基本套接字系统调用
   为了更好地说明套接字 编程原理，下面给出几个基本套接字系统调用说明。
   (1)创建套接字──socket()
   应用程序在使用套接字前，首先必须拥有一个套接字，系统调用socket()向应用程序提供创建套接字的手段，其调用格式如下：
    SOCKET socket(int af, int type, int protocol);
该调用要接收三个参数：af、type、protocol。参数af指定通信发生的区域，UNIX系统支持的地址族有：AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等，而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET，它是网际网区域。因此，地址族与协议族相同。参数type描述要建立的套接字的类型。参数protocol 说明该套接字使用的特定协议，如果调用者不希望特别指定使用的协议，则置为0，使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字，并将相应的资源分配给它， 同时返回一个整型套接字号。因此，socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。
 (2)指定本地地址──bind()
   当一个套接字用socket()创建后，存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind()将套接字地址（包括本地主机地址和本地端口地址）与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字，以指定本地半相关。其调用格式如下：
 int bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);
 参数 s 是由 socket() 调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数name是赋给套接字s的本地地址（名字），其长度可变，结构随通信域的不同而不同。namelen表明了name的长度。 如果没有错误发生，bind()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。 地址在建立套接字通信过程中起着重要作用，作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必须有明确认识。
 (3)建立套接字连接──connect()与accept()
   这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立，其中connect()用于建立连接。无连接的套接字进程也可以调用connect()，但这时在进程之间没有实际的报文交换，调用将从本地操作系统直接返回。这样做的优点是程序员不必为每一数据指定目的地址，而且如果收到的一个数据报，其目的端口未与任何套接字建立“连接”，便能判断该端口不可操作。而accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。 connect()的调用格式如下：
 int connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
 参数s是欲建立连接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen说明。 如果没有错误发生，connect()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中，该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。 由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中，并通过socket()调用与某个协议族相关。因此bind()和connect()无须协议作为参数。 accept()的调用格式如下：
 SOCKET accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR* addr,int FAR* addrlen);
参数s为本地套接字描述符，在用做accept() 调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针， 用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度（字节数）。如果没有错误发生，accept()返回一个SOCKET类型的值，表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。 accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen 存放客户方的地址信息。调用前，参数addr 指向一个初始值为空的地址结构，而 addrlen 的初始值为0； 调用accept() 后，服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求，而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时，accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr和addrlen，并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。
 四个套接字系统调用，socket()、bind()、connect()、accept()，可以完成一个完全五元相关的建立。socket()指定五元组中的协议元，它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元，即本地主机地址和端口号，其用法与是否面向连接有关：在服务器方，无论是否面向连接，均要调用 bind() ；在客户方，若采用面向连接，则可以不调用bind()，而通过connect()自动完成。若采用无连接，客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。 以上讨论仅对客户/服务器模式而言，实际上套接字的使用是非常灵活的，唯一需遵循的原则是进程通信之前，必须建立完整的相关。
 (4)监听连接──listen()
   此调用用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用，其调用格式如下：
 int listen(SOCKET s, int backlog);
 参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号， 服务器愿意从它上面接收请求。 backlog 表示请求连接队列的最大长度， 用于限制排队请求的个数，目前允许的最大值为5。如果没有错误发生，listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。 listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind() 的套接字s完成所必须的连接，并建立长度为backlog的请求连接队列。 调用listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket() 分配一个流套接字，且调用bind()给s赋于一个名字之后调用，而且一定要在accept()之前调用。
 (5)数据传输──send()与recv()
   当一个连接建立以后，就可以传输数据了。常用的系统调用有 send() 和recv()。 send() 调用用于在参数s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据，格式如下：
int send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);
 参数s为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针，其长度由 len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否发送带外数据等。如果没有错误发生，send()返回总共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。 recv()调用用于在参数s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式如下：
int recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);

   参数s 为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针，其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否接收带外数据等。如果没有错误发生，recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭，返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

   (6)输入/输出多路复用──select()
   select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说，这个调用可以请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结构指示。在返回时，此结构被更新，以反映那些满足特定条件的套接字的子集，同时， select()调用返回满足条件的套接字的数目，其调用格式如下：

   int select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds,fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);

   参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域，此变量一般被忽略。 参数readfds指向要做读检测的套接字描述符集合的指针，调用者希望从中读取数据。 参数 writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout指向select()函数等待的最大时间，如果设为NULL则为阻塞操作。select()返回包含在fd_set结构中已准备好的套接字描述符的总数目，或者是发生错误则返回SOCKET_ERROR。

   (7)关闭套接字──closesocket()
   closesocket()关闭套接字s，并释放分配给该套接字的资源；如果s涉及一个打开的TCP连接，则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下：
BOOL closesocket(SOCKET s);

   参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生，closesocket()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR

getsockopt()

　　简述：
　　获取一个套接口选项。
　　#include <winsock.h>
　　int PASCAL FAR getsockopt( SOCKET s, int level, int optname,
　　char FAR* optval, int FAR* optlen);
　　s：一个标识套接口的描述字。
　　level：选项定义的层次。支持的层次仅有SOL_SOCKET和IPPROTO_TCP。
　　optname：需获取的套接口选项。
　　optval：指针，指向存放所获得选项值的缓冲区。
　　optlen：指针，指向optval缓冲区的长度值。
　　注释：
　　getsockopt()函数用于获取任意类型、任意状态套接口的选项当前值，并把结果存入optval。在不同协议层上存在选项，但往往是在最高的“套接口”层次上，设置选项影响套接口的操作，诸如操作的阻塞与否、包的选径方式、带外数据的传送等。
　　被选中选项的值放在optval缓冲区中。optlen所指向的整形数在初始时包含缓冲区的长度，在调用返回时被置为实际值的长度。对SO_LINGER选项而言，相当于linger结构的大小，对其他选项来说，是一个整形数的大小。
　　如果未进行setsockopt()调用，则getsockopt()返回系统缺省

　设置套接口的选项。
　　#include <winsock.h>
　　int PASCAL FAR setsockopt( SOCKET s, int level, int optname,
　　const char FAR* optval, int optlen);
　　s：标识一个套接口的描述字。
　　level：选项定义的层次；目前仅支持SOL_SOCKET和IPPROTO_TCP层次。
　　optname：需设置的选项。
　　optval：指针，指向存放选项值的缓冲区。
　　optlen：optval缓冲区的长度。
[编辑本段]
注释：
　　setsockopt()函数用于任意类型、任意状态套接口的设置选项值。尽管在不同协议层上存在选项，但本函数仅定义了最高的“套接口”层次上的选项。选项影响套接口的操作，诸如加急数据是否在普通数据流中接收，广播数据是否可以从套接口发送等等。
　　有两种套接口的选项：一种是布尔型选项，允许或禁止一种特性；另一种是整形或结构选项。允许一个布尔型选项，则将optval指向非零整形数；禁止一个选项optval指向一个等于零的整形数。对于布尔型选项，optlen应等于sizeof(int)；对其他选项，optval指向包含所需选项的整形数或结构，而optlen则为整形数或结构的长度。SO_LINGER选项用于控制下述情况的行动：套接口上有排队的待发送数据，且closesocket()调用已执行。参见closesocket()函数中关于SO_LINGER选项对closesocket()语义的影响。应用程序通过创建一个linger结构来设置相应的操作特性：
　　struct linger {
　　int l_onoff;
　　int l_linger;
　　};
　　为了允许SO_LINGER，应用程序应将l_onoff设为非零，将l_linger设为零或需要的超时值（以秒为单位），然后调用setsockopt()。为了允许SO_DONTLINGER（亦即禁止SO_LINGER），l_onoff应设为零，然后调用setsockopt()。
　　缺省条件下，一个套接口不能与一个已在使用中的本地地址捆绑（参见bind()）。但有时会需要“重用”地址。因为每一个连接都由本地地址和远端地址的组合唯一确定，所以只要远端地址不同，两个套接口与一个地址捆绑并无大碍。为了通知WINDOWS套接口实现不要因为一个地址已被一个套接口使用就不让它与另一个套接口捆绑，应用程序可在bind()调用前先设置SO_REUSEADDR选项。请注意仅在bind()调用时该选项才被解释；故此无需（但也无害）将一个不会共用地址的套接口设置该选项，或者在bind()对这个或其他套接口无影响情况下设置或清除这一选项。
　　一个应用程序可以通过打开SO_KEEPALIVE选项，使得WINDOWS套接口实现在TCP连接情况下允许使用“保持活动”包。一个WINDOWS套接口实现并不是必需支持“保持活动”，但是如果支持的话，具体的语义将与实现有关，应遵守RFC1122“Internet主机要求－通讯层”中第4.2.3.6节的规范。如果有关连接由于“保持活动”而失效，则进行中的任何对该套接口的调用都将以WSAENETRESET错误返回，后续的任何调用将以WSAENOTCONN错误返回。
TCP_NODELAY选项禁止Nagle算法。Nagle算法通过将未确认的数据存入缓冲区直到蓄足一个包一起发送的方法，来减少主机发送的零碎小数据包的数目。但对于某些应用来说，这种算法将降低系统性能。所以TCP_NODELAY可用来将此算法关闭。应用程序编写者只有在确切了解它的效果并确实需要的情况下，才设置TCP_NODELAY选项，因为设置后对网络性能有明显的负面影响。TCP_NODELAY是唯一使用IPPROTO_TCP层的选项，其他所有选项都使用SOL_SOCKET层。

getpeername方法获取所连接的对等方套接字的名称。
getpeername系统调用返回已连接到套接字s的对等方的名称。namelen参数应被初始化以指出由name所指空间的总额。返回时它含