socket程式設計 

socket這個詞可以表示很多概念: 在TCP/IP協議中,“IP地址+TCP或UDP埠號”唯一標識網路通訊中的一個程序,“IP地址+埠號”就稱為socket。  

在TCP協議中,建立連線的兩個程序各自有一個socket來標識,那麼這兩個socket組成的socket pair就唯一標識一個連線。socket本身有“插座”的意思,因此用來描述網路連線的一 對一關 系。  TCP/IP協議最早在BSD UNIX上實現,為TCP/IP協議設計的應用層程式設計介面稱為socket API。

在網路中，必須保證資料是大端儲存。必須從低地址處傳送，資料是高位的。 TCP/IP協議規定,網路資料流應採用大端位元組序,即低地址高位元組。

socket API是一層抽象的網路程式設計介面,適用於各種底層網路協議,如IPv4、IPv6、UNIX Domain Socket。然而,各種網路協議的地址格式並不相同,如下圖所⽰示:  sockaddr資料結構  

IPv4和IPv6的地址格式定義在netinet/in.h中,IPv4地址用sockaddr_in結構體表示,包括16位埠號和32位IP地址,IPv6地址用sockaddr_in6結構體表示,包括16位埠號、128位IP地址和一些控制欄位。UNIX Domain Socket的地址格式定義在sys/un.h中,用sockaddr_un結構體表示。各種socket地址結構體的開頭都是相同的,前16位表示整個結構體的長度(並不是所有 UNIX的實現 都有長度欄位,如Linux就沒有),後16位表示地址型別。IPv4、IPv6和UNIX Domain Socket的地址型別分別定義為常數AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX。這樣,只要取得某種sockaddr結構體的首地址,不需要知道具體是哪種型別的sockaddr結構體,就可以根據地址型別欄位確定結構體中的內容。因此,socket API可以接受各種型別的sockaddr結構體指標做引數

,例如bind、accept、connect等函式,這些函式的引數應該設計成void *型別以便接受各種型別的指標,但是sock API的實現早於ANSI C標準化,那時還沒有void *型別,因此這些函式的引數都用struct sockaddr *型別表示,在傳遞引數之前要強制型別轉換一下。

基於TCP協議的網路協議的一般流程：

建立套接字（scoket） int scoket（AF_INET，SOCK_STREAM，0）      返回值： 失敗返回-1；                     成功返回檔案描述符； 繫結套接字 int bind(listen_sock,(struct sockaddr*)&local,sizeof(local)); 返回值：               失敗返回-1； 設定套接字的狀態（監聽狀態）

 int listen(int scokfd,5); 返回值：                     失敗返回-1；
accept連結 成功就返回一個新建的scoket的描述符；
伺服器呼叫socket()、bind()、listen() 完成初始化後,呼叫accept()阻塞等待,處於監聽埠的狀 態,客戶端呼叫socket()初始化後,呼叫connect()發出SYN段並阻塞等待伺服器應答,伺服器應答一個SYN-ACK段,客戶端收到後從connect()返回,同時應答一個ACK段,伺服器收到後從 accept()返回。   資料傳輸的過程: 建立連線後,TCP協議提供全雙工的通訊服務,但是一般的客戶端/伺服器程式的流程是由客戶端主動發起請求,伺服器被動處理請求,一問一答的方式。因此,伺服器從 accept()返回後立刻呼叫read(),讀socket就像讀管道一樣,如果沒有資料到達就阻塞等待,這時客戶端呼叫write()傳送 請求給伺服器,伺服器收到後從read()返回,對客戶端的請求進行處理,在此期間客戶端呼叫read()阻塞等待伺服器的應答,伺服器呼叫write()將處理結果發回給客戶端,再次呼叫read()阻塞等待下一條請求,客戶端收到後從read()返回,傳送下一條請求,如此迴圈下去。   如果客戶端沒有更多的請求了,就呼叫close() 關閉連線,就像寫端關閉的管道一樣,伺服器的 read()返回0,這樣伺服器就知道客戶端關閉了連線,也呼叫close()關閉連線。注意,任何一方呼叫close() 後,連線的兩個傳輸方向都關閉,不能再發送資料了。如果一方呼叫shutdown() 則連線處於半關閉狀態,仍可接收對方發來的資料。 
基於TCP協議的單程序客戶端/伺服器的程式：


執行結果：
基於TCP協議的多程序客戶端/伺服器的程式：



執行結果：
基於TCP協議的多執行緒客戶端/伺服器的程式：



執行結果：
下面來看一個錯誤：
這是為什麼呢？

雖然server的應用程式終止了,但TCP協議層的連線並沒有 完全斷開,因此不能再次監聽同樣的server埠。

server的TCP連線收到client發的FIN段後處於TIME_WAIT狀 態。TCP協議規定,主動關閉連線的一方要處於TIME_WAIT狀態,等待兩個MSL(maximum segment lifetime) 的時間後才能回到CLOSED狀態,因為我們先Ctrl-C終止了server,所 以server是主動關閉連線的一方,在TIME_WAIT期間仍然不能再次監聽同樣的server端 口。MSL在RFC1122中規定為兩分鐘,但是各作業系統的實現不同,在Linux上一般經過半分鐘後 就可以再次啟動server 了。

如何解決：

使用setsockopt()設定socket描述符的選項SO_REUSEADDR為1, 表⽰允許建立埠號相同但IP地址不同的多個socket描述符。 

int opt = 1;

setsockopt(listenfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt));