网络编程-套接字相关基础知识

1.1. Socket简介

套接字（socket）是一种通信机制，凭借这种机制， 客户端<->服务器 模型的通信方式既可以在本地设备上进行，也可以跨网络进行。

Socket英文原意是“孔”或者“插座”的意思，在网络编程中，通常将其称之为“套接字”，当前网络中的主流程序设计都是使用Socket进行编程的，因为它简单易用，它还是一个标准（BSD Socket），能在不同平台很方便移植，比如你的一个应用程序是基于Socket编程的，那么它可以移植到任何实现BSD Socket标准的平台，比如LwIP，它兼容BSD Socket；又比如Windows，它也实现了一套基于Socket的套接字接口，更甚至在国产操作系统中，如RT-Thread，它也实现了BSD Socket标准的Socket接口。

在Socket中，它使用一个套接字来记录网络的一个连接，套接字是一个整数，就像我们操作文件一样，利用一个文件描述符，可以对它打开、读、写、关闭等操作，类似的，在网络中，我们也可以对Socket套接字进行这样子的操作，比如开启一个网络的连接、读取连接主机发送来的数据、向连接的主机发送数据、终止连接等操作。

Linux系统中的套接字相关的函数，注意要包含网络编程中常用的头文件：

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

1.2. socket()

函数原型：

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

socket()函数用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket，这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：
1. domain：参数domain表示该套接字使用的协议族
在Linux系统中支持多种协议族，对于TCP/IP协议来说，选择AF_INET就足以，当然如果你的IP协议的版本支持IPv6，那么可以选择AF_INET6，可选的协议族具体见：

AF_UNIX, AF_LOCAL： 本地通信
AF_INET ： IPv4
AF_INET6 ： IPv6
AF_IPX ： IPX - Novell 协议
AF_NETLINK ： 内核用户界面设备
AF_X25 ： ITU-T X.25 / ISO-8208 协议
AF_AX25 ： 业余无线电 AX.25 协议
AF_ATMPVC ： 访问原始ATM PVC
AF_APPLETALK ： AppleTalk
AF_PACKET ： 底层数据包接口
AF_ALG ： 内核加密API的AF_ALG接口

2. type：参数type指定了套接字使用的服务类型
可能的类型有以下几种：

SOCK_STREAM：提供可靠的（即能保证数据正确传送到对方）面向连接的Socket服务，多用于资料（如文件）传输，如TCP协议。
SOCK_DGRAM：是提供无保障的面向消息的Socket 服务，主要用于在网络上发广播信息，如UDP协议，提供无连接不可靠的数据报交付服务。
SOCK_SEQPACKET：为固定最大长度的数据报提供有序的，可靠的，基于双向连接的数据传输路径。
SOCK_RAW：表示原始套接字，它允许应用程序访问网络层的原始数据包，这个套接字用得比较少，暂时不用理会它。
SOCK_RDM：提供不保证排序的可靠数据报层。

3. protocol：参数protocol指定了套接字使用的协议
在IPv4中，只有TCP协议提供SOCK_STREAM这种可靠的服务，只有UDP协议提供SOCK_DGRAM 服务，对于这两种协议，protocol的值均为0，因为当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当创建套接字成功的时候，该函数返回一个int类型的值，也就是socket描述符，该值大于等于0；而如果创建套接字失败时则返回-1。

1.3. bind()

函数原型：

int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);

在套接口中，一个套接字只是用户程序与内核交互信息的枢纽，它自身没有太多的信息，也没有网络协议地址和端口号等信息，在进行网络通信的时候，必须把一个套接字与一个IP地址或端口号相关联，这个过程就是绑定的过程。

bind()函数用于将一个 IP 地址或端口号与一个套接字进行绑定，许多时候内核会帮我们自动绑定一个IP地址与端口号，然而有时用户可能需要自己来完成这个绑定的过程，以满足实际应用的需要，最典型的情况是一个服务器进程需要绑定一个众所周知的地址和端口以等待客户来连接，作为服务器端，这一步绑定的操作是必要的，而作为客户端，则不是必要的，因为内核会帮我们自动选择合适的IP地址与端口号。

    ps：bind()函数并不是总是需要调用的，只有用户进程想与一个具体的地址或端口相关联的时候才需要调用这个函数。如果用户进程没有这个需要，那么程序可以依赖内核的自动的选址机制来完成自动地址选择。

参数：

    sockfd：sockfd是由socket()函数返回的套接字描述符。my_addr：my_addr是一个指向套接字地址结构的指针。addrlen：addrlen指定了以addr所指向的地址结构体的字节长度。

若bind()函数绑定成功则返回0，若出错则为-1。

sockaddr 结构内容如下：

sockaddr结构：

struct sockaddr {sa_family_t     sa_family;char            sa_data[14];
}

咋一看这个结构体，好像没啥信息要我们填写的，确实也是这样子，我们需要填写的IP地址与端口号等信息，都在sa_data连续的14字节信息里面，但这个结构对用户操作不友好，一般我们在使用的时候都会使用sockaddr_in结构，sockaddr_in和sockaddr是并列的结构（占用的空间是一样的），指向sockaddr_in的结构体的指针也可以指向sockadd的结构体，并代替它，而且sockaddr_in结构对用户将更加友好，在使用的时候进行类型转换就可以了。

sockaddr_in结构：

struct sockaddr_in {short int sin_family;               /* 协议族 */unsigned short int sin_port;        /* 端口号 */struct in_addr sin_addr;            /* IP地址 */unsigned char sin_zero[8];          /* sin_zero是为了让sockaddr与sockaddr_in两个数据结构保持大小相同而保留的空字节 */
};

这个结构体的第一个字段是与sockaddr结构体是一致的，而剩下的字段就是sa_data连续的14字节信息里面的内容，只不过从新定义了成员变量而已，sin_port字段是我们需要填写的端口号信息，sin_addr字段是我们需要填写的IP地址信息，剩下sin_zero 区域的8字节保留未用。

举个简单的使用实例：

struct sockaddr_in server;bzero(&server, sizeof(server));// assign IP, PORT
server.sin_family = AF_INET;
server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
server.sin_port = htons(6666);// binding newly created socket to given IP and verification
bind(sockfd, (struct sockaddr*)&server, sizeof(server));

参考资料：

1.【野火】《i.MX Linux开发实战指南》