[网络协议]socket编程流程及函数详解

一、创建socket

?????socket就是一个可读、可写、可控制、可关闭的文件描述符（整型数字）

// 函数原型
int socket(int domain, int type, int protocol)

//参数解释
domain：指定系统使用的协议。可以是TCP/IP协议族，也可以是UNIX协议族。分别对应的值为   
        PF_INET(IPv4)/PF_INET6(IPv6)   和   PF_UNIX。
type：  指明了服务的类型，有流服务和数据报服务，分别对应的参数为SOCK_STREAM、SOCK_UGRAM。  
        对于TCP/IP协议族来说，TCP是基于字节流的，因此传输层使用TCP，那么type要设置为. 
        SOCK_STREAM。UDP是基于数据报的协议，因此type的值对应为SOCK_UGRAM。
protocol:表示在前面两个参数的筛选下可以选择的协议，一般值为唯一的迷糊所有情况下，都将此值设置为0，表示默认协议。
return：socket调用成功返回一个socket文件描述符。失败返回-1，并设置errno。

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二、命名socket

???????创建socket时，指定了使用哪个协议，就说明指定了地址族。但是没有指定该地址族中哪个具体的socket地址。这里我们可以理解，在我们的内核中，分为TCP/IP协议族、UNIX协议族等几大协议族，每个协议族有很多的socket，每个socket由一个具体的地址唯一的标识，当然，每个socket包含了相应（TCP/IP、UNIX协议族下的所有协议服务）。

将一个socket和socket地址绑定，称为给socket命名。在一般的服务器程序中要命名socket。但是客户端一般不需要命名socket，客户端一般采用匿名方式，使用os自动的分配socket地址。

命名socket需要调用函数bind（）。

//函数原型
int bind(int sockfd, const struct sockaddr* my_addr, socklen_t addrlen)
//参数解释
将my_addr指针指向的socket赋值给sockfd文件描述符，addrlen指的是socket地址的长度。
return： 地址绑定成功返回0，失败返回-1，并设置errno。  
         errno的值可以为EACCES、EADDRINUSE，EACCES表示指定的地址是受保护的地址，只有超     
         级用户可以访问，EADDRINUSE表示此socket地址正在被使用。

注意上述命名过程中最主要的一点是socket的地址，下面详细介绍socket地址的创建。

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2、1通用的socket地址结构体

struc sockaddr
{
    sa_family_t sa_family;
    char sa_data[14];
}
//sa_data存放的是socket的地址值。
//sa_family_t是地址族类型，sa_family是地址族类型变量。  
//地址族类型要和协议族类型一一对应。
//比如在上述的socket函数中参数domain设定使用TCP/IP协议族中的IPv4对应的PF_INET，那么此处的地址族就要设置为AF_INET。
//可以按照以下的表格进行设置，达到一一对应。

但是由于像 PF_UNIX的地址长度为108字节， PF_INET的长度为6字节， PF_UNIT6地址的长度为26字节，sa _data无法满足协议地址族的地址值。因此，Linux下创建了新的socket地址结构体。

struc sockaddr_storage
{
    sa_family_t sa_family;
    unsigned long int __ss_align;
    char __ss_padding[128-sizeof(__ss_align)];
}
//这样保证了足够的内存存放地址空间，而且__ss_align保证了内存对齐。

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2、2专用socket地址

上述的socket结构中只有地址选项，要获取相应的IP地址，要进行相应的位操作。因此Linux建立了专用socket地址，以方便获取IP地址和端口号。
比如IPv4的socket地址结构如下：

struct socketaddr_in
{
     sa_family_t sa_family;      //地址族 IPv4的值为AF_INET
     u_int6_t sin_port;          //端口号，此处要使用网络字节码标识（大端模式）
     struct in_addr sin_addr;    //IPv4地址结构
};   
struct in_addr
{
     u_int32_t s_addr;           //此处要使用网络字节码标识（大端模式）
};   

另外还有对应的IPv6socket地址专用结构，和IPv4的类似，都显示的标识了端口号和IP地址，注意此处的端口号和IP地址都是网络字节码标识，即大端模式。

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三、监听socket

由于服务器要处理多个客户端的请求，因此不能始终的即使处理，因此要建立一个队列，将连接存储在队列中依次处理。因此就需要始终监听客户端的请求连接，然后合理的处理客户端的请求连接。

//函数原型
int listen(int sockfd,int backlog)
//参数解释
sockfd指定被监听的socket，backlog参数提示内核监听队列的最大长度。标识socket完全连接状态的socket数量，典型值为5.
//listen成功返回0，失败返回-1，并设置errno值。

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四、接受连接

从监听队列中接收一个连接

//函数原型
int accept(int sockfd,struct sockaddr* addr, socklen_t * addrlen)
//参数解释
sockfd指定被监听过的的socket，addr是获取被接收连接的远端socket地址，addrlen指定了远端socket地址的长度。
//accept成功时返回一个新的连接socket，该socket唯一的标识了被接受的这个连接，服务器可以通过读写这个socket来和客户端进行通信。accept失败返回-1，并设置errno。

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五、总结

服务端socket编程的一个完整流程：
-> 创建socket（指明要使用的协议，TCP/IP或者UNIX协议，接下来细化TCP、UDP）
->创建一个socket地址（IPv4、IPv6，注意端口号和IP地址要转为网络字节序整数）
->命名socket（将socket和socket地址进行绑定，用到了bind函数）
->socket的监听（对客户端请求的监听,用到了listen函数）
->accept函数接收连接，得到一个新的连接socket，服务器端就可以和远端的客户端进行读写操作。