Socket编程基础

网络编程就是编写程序使两台联网的计算机相互交换数据。socket编程也叫套接字编程。

UNIX/Linux 中的一切都是文件，为了表示和区分已经打开的文件，UNIX/Linux 会给每个文件分配一个 ID，这个 ID 就是一个整数，被称为文件描述符（File Descriptor）UNIX/Linux 程序在执行任何形式的 I/O 操作时，都是在读取或者写入一个文件描述符。一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数，它的背后可能是一个硬盘上的普通文件、FIFO、管道、终端、键盘、显示器，甚至是一个网络连接。

网络连接也是一个文件，它也有文件描述符！

可以通过 socket() 函数来创建一个网络连接，或者说打开一个网络文件，socket() 的返回值就是文件描述符。有了文件描述符，我们就可以使用普通的文件操作函数来传输数据了。

• 用 read() 读取从远程计算机传来的数据；
• 用 write() 向远程计算机写入数据。

UNIX/Linux 不同的是，Windows 会区分 socket 和文件，Windows 就把 socket 当做一个网络连接来对待，因此需要调用专门针对 socket 而设计的数据传输函数，针对普通文件的输入输出函数就无效了。

Internet 套接字，根据传输协议，套接字可被分为UDP套接字 （UDP sockets） 和TCP套接字 （TCP sockets） 也叫 数据报式套接字(SOCK_DGRAM) 和 流格式套接字（SOCK_STREAM）

OSI 模型 （Open System Interconnection 的缩写，译为“开放式系统互联”）把网络通信的工作分为 7 层，从下到上分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。后简化为4层：接口层、网络层、传输层和应用层 ， TCP/IP模型。TCP/IP 模型包含了 TCP、IP、UDP、Telnet、FTP、SMTP 等上百个互为关联的协议，其中 TCP 和 IP 是最常用的两种底层协议，所以把它们统称为“TCP/IP 协议族”。

基本代码 socket

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

• af 为地址族（Address Family），也就是 IP 地址类型，常用的有 AF_INET 和 AF_INET6
• type 为数据传输方式/套接字类型，常用的有 SOCK_STREAM（流格式套接字/面向连接的套接字） 和 SOCK_DGRAM（数据报套接字/无连接的套接字）
• protocol 表示传输协议，常用的有 IPPROTO_TCP 和 IPPTOTO_UDP，分别表示 TCP 传输协议和 UDP 传输协议

备注在linux下，socket函数返回int，在windows下则返回SOCKET类型句柄。

socket() 函数用来创建套接字，确定套接字的各种属性，然后服务器端要用 bind() 函数将套接字与特定的 IP 地址和端口绑定起来，只有这样，流经该 IP 地址和端口的数据才能交给套接字处理。类似地，客户端也要用 connect() 函数建立连接。

服务器端
int bind(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);  //Linux
int bind(SOCKET sock, const struct sockaddr *addr, int addrlen);  //Windows
客户端
int connect(int sock, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);  //Linux
int connect(SOCKET sock, const struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);  //Windows

对于服务器端程序，使用 bind() 绑定套接字后，还需要使用 listen() 函数让套接字进入被动监听状态，再调用 accept() 函数，就可以随时响应客户端的请求了。

• int listen(int sock, int backlog); //Linux
• int listen(SOCKET sock, int backlog); //Windows

当套接字处于监听状态时，可以通过 accept() 函数来接收客户端请求。

• int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //Linux
• SOCKET accept(SOCKET sock, struct sockaddr *addr, int *addrlen); //Windows

备注：listen() 只是让套接字进入监听状态，并没有真正接收客户端请求，listen() 后面的代码会继续执行，直到遇到 accept()。accept() 会阻塞程序执行（后面代码不能被执行），直到有新的请求到来。

Linux 不区分套接字文件和普通文件，服务器端使用 write() 可以向套接字中写入数据，客户端使用 read() 可以从套接字中读取数据。

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t nbytes);
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t nbytes);

Windows 和 Linux 不同，Windows 区分普通文件和套接字，并定义了专门的接收recv() 函数和发送send() 函数

int send(SOCKET sock, const char *buf, int len, int flags);  //服务器端
int recv(SOCKET sock, char *buf, int len, int flags);       //客户端

TCP建立连接时要传输三个数据包，俗称三次握手（Three-way Handshaking）。可以形象的比喻为下面的对话：
[Shake 1] 套接字A：“你好，套接字B，我这里有数据要传送给你，建立连接吧。”
[Shake 2] 套接字B：“好的，我这边已准备就绪。”
[Shake 3] 套接字A：“谢谢你受理我的请求。”

• SYN表示建立连接，
• FIN表示关闭连接，
• ACK表示响应，
• PSH表示有 DATA数据传输，
• RST表示连接重置。

文献参考：http://c.biancheng.net/view/2123.html