网络编程套接字socket

目录

1、套接字的关键因素

1.1 端口号 

1.2 IP地址

1.3 套接字类型 

1.4 套接字常见接口 

1.5 套接字种类

2、网络字节序

结语 

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前言：

        网络编程中的套接字（socket）是实现网络通信的关键，换句话来说，套接字像两个端点，而发送方与接收方就是通过这两个端点进行通信的，socket的意思是插座，表示插头和插座连接上后，即发送方和接收方连接上了，然后把电流通过插座流向插头对标发送方与接收方建立了链接。

1、套接字的关键因素

        网络通信的本质是进程间通信，只不过这两个进程不在同一个主机上，而socket要让这两个进程进行通信，则socket必须提供某些字段，以便于让这两个进程找到彼此。socket关键字段介绍如下文。

1.1 端口号 

        端口号属于传输层协议，端口号是一个2字节16bit位的整数 ，他的作用就是找到该主机上的对应进程，并将通信的信息给到该进程。一个进程可以绑定多个端口号，但是一个端口号不能被多个进程绑定，即一个端口号只能对应一个进程。

1.2 IP地址

         IP地址是每台主机每台设备在网络中的唯一标识符，通过IP地址就可以在全球网络中定位唯一一台主机或设备。至此，有了端口号和IP地址，就能让发送进程在茫茫的网络中找到接收进程。

        示意图如下：

1.3 套接字类型 

         套接字有两种类型：1、TCP-流式套接字（SOCK_STREAM），2、UDP-数据报套接字（SOCK_DGRAM）。他们都是传输层的协议，在进行通信时，必须对套接字的类型进行定义。

        而TCP和UDP的区别在于：TCP较UDP更加“负责”，主要体现在TCP收到应用层的报文后，会对这个报文负责到底，如果该报文在后面的过程中发生传输失败或者传输时乱序，则TCP会重新发送一份。

        而udp就不一样了，不管这个报文传输成功了还是失败了udp都不会对其维护，udp只负责把从应用层接收到的报文给到下层。

         也正是这样，因此TCP的维护成本会更高。

1.4 套接字常见接口 

         在Linux下使用套接字时，通常会搭配一些常见接口实现通信，接口如下：

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端和服务器都必须调用此接口)
// 返回一个文件描述符
int socket(int domain, int type, int protocol);
 
// 绑定端口号 (TCP/UDP, 服务器) 
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,
 socklen_t address_len);
 
// 开始监听socket (TCP, 服务器)
int listen(int socket, int backlog);
 
// 接收请求 (TCP, 服务器)
int accept(int socket, struct sockaddr* address,
 socklen_t* address_len);
 
// 建立连接 (TCP, 客户端)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
 socklen_t addrlen);

1.5 套接字种类

        上述接口中有一个叫做struct sockaddr的结构类型，他是套接字种类，种类的不同导致使用的网络层协议的不同，比如sockaddr_in用于IPv4，sockaddr_in6用于IPv6。而上述函数中形参默认使用struct sockaddr*类型，目的就是为了程序的通用性，能够接收IPv4或IPv6以及其他类型的套接字种类。简单来说就是用IPv4协议，则需要定义sockaddr_in类型的变量，用IPv6则定义sockaddr_in6的变量。

        套接字种类示意图：

        IPv4、IPv6地址类型分别对应上图的常数AF_INET、AF_INET6。

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        基于IPv4编程时, 使用的数据结构是sockaddr_in，这个结构体里主要有三个信息是值得关注的：1、地址类型, 2、端口号, 3、IP地址，在定义sockaddr_in变量时，这三个信息需要我们手动填写，然后再调用函数bind进行绑定。

2、网络字节序

        内存中的数据相对于内存的地址有大小端之分，小端机器指的是低字节内容存在低地址处，大端机器指的是高字节内容存在低地址处。而网络传输数据时，是先传低地址的内容再传高地址的内容，并且规定采用大端字节序的方式传递数据（即使是在小端机器上），所以接收方默认接收的字节是高字节内容，因此如果当前发送主机是小端, 就需要先将数据转成大端模式再进行发送，若是大端则直接发送即可。

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        而现实中大部分使用的都是小端机器，若在小端机器上手动把数据转成大端模式，是一件很麻烦的事情，因此在Linux下系统提供了可以帮助我们实现小端转大端的接口，接口如下：

#include <arpa/inet.h>
// 主机序列转网络序列
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
// 网络序列转主机序列
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

        简单的记忆方法：函数名中以to为分隔，h表示host（主机序列），n表示network（网络序列），l表示long类型，s表示short类型。

        比如htonl函数是将32位的长整数从当前主机序列转换为网络序列。如果主机是小端字节序，调用上述函数则转成大端字节序，如果主机是大端字节序，这些函数不做处理直接返回原有值。简单来说，ntohs和ntohl默认形参是大端字节序，而htons和htonl默认返回值是大端字节序。

结语 

        以上就是关于网络套接字socket的讲解，socket是应用层实现通信的关键因素，发送方和接收方若想实现通信则必须使用socket套接字。

        最后如果本文有遗漏或者有误的地方欢迎大家在评论区补充，谢谢大家！！