Linux 如何使用套接字

Linux是一个开源操作系统，以其稳定性和安全性而广受欢迎。它被广泛用于Web服务器、嵌入式系统和超级计算机等各个领域。

Linux的一个关键特性是其有效地使用套接字进行进程间通信。套接字提供了一种灵活的方式，用于在连接在网络上的同一台或不同的计算机上运行的不同进程之间建立通信通道。

什么是套接字

套接字是Linux网络编程中的一个基本概念，允许不同计算机上的进程之间通过网络进行通信。简单来说，套接字是在两个进程之间建立的双向通信链路的终点。

套接字由IP地址和端口号组合而成。IP地址用于标识远程计算机，而端口号则指定要连接到该计算机上的哪个程序或服务。

套接字的定义

在技术上，套接字被定义为“在网络上发送和接收数据的一个终点”。它本质上是一个抽象层，允许程序以高层次与网络协议进行交互，而不必担心低层次的细节。

Linux中使用的套接字类型：流套接字、数据报套接字、原始套接字和有序数据包套接字

Linux中使用了四种主要类型的套接字：流套接字、数据报套接字、原始套接字和有序数据包套接字。- 流套接字（SOCK_STREAM）在TCP/IP协议上提供可靠的字节流通信，并确保数据包按顺序到达。

数据报套接字（SOCK_DGRAM）在UDP协议上提供不可靠的基于数据包的通信。
原始套接字（SOCK_RAW）提供对底层传输层协议（如ICMP和IGMP）的访问。
有序数据包套接字（SOCK_SEQPACKET）提供可靠的有序数据包传输支持，但使用SCTP（流控制传输协议）。

每种类型根据具体用例有其优缺点。了解这些不同类型对于在Linux上使用套接字进行高效的网络编程至关重要。

Linux中套接字的工作原理

套接字创建过程概述

套接字是网络编程的基本组成部分，它允许Linux进程之间进行通信。在Linux中，通过调用socket()系统调用函数来初始化套接字创建过程。

该函数接受三个参数：地址族、套接字类型和协议。地址族指定套接字将用于在Internet协议（IP）网络上进行通信，还是在另一种类型的本地通信通道上进行通信。

解释套接字文件描述符及其在通信中的使用方式

为了在Linux中两个套接字之间传输数据，每个套接字必须有其自己的唯一文件描述符与之关联。这些文件描述符是在套接字使用bind()、listen()、accept()、connect()、send()和recv()等系统调用进行初始化时创建的。当两个套接字通过此文件描述符机制相互通信时，它们使用一组称为“套接字API”的标准函数来传输数据。

Linux中的套接字通信协议

用于网络上可靠通信的TCP/IP协议

传输控制协议/Internet协议(TCP/IP)是最常用的用于网络可靠通信的协议。该协议确保从一个设备发送到另一个设备的数据以正确的顺序到达目的地，并且没有错误。

TCP/IP使用三次握手来初始化两个设备之间的连接，然后使用滑动窗口算法进行数据传输。该协议还包括错误检测和纠正机制，以确保数据的完整性。

UDP协议用于网络上快速但不可靠的通信

用户数据报协议(UDP)是Linux中用于快速但不可靠的通信的另一个流行协议。与TCP/IP不同，UDP不包括任何错误检测或纠正机制。

因此，无法保证在目的地接收到的数据与从源发送的数据相同。然而，由于它没有像TCP的滑动窗口算法或三次握手那样的机制，UDP可以以较少的开销更快地传输较小的数据包，而不是TCP/IP。

Linux中的套接字编程

使用C语言和系统调用的套接字编程概述

在Linux开发环境中广泛使用使用C语言和系统调用进行套接字编程。套接字用于在网络上两台机器之间提供通信。套接字接口允许程序通过流或数据报与对方进行通信。

常用的系统调用包括 −

bind()：为套接字分配名称
listen()：告诉套接字监听传入连接
accept()：在监听套接字上接受传入连接请求，并创建用于与客户端进程通信的新连接套接字
connect()：在未连接的套接字上初始化针对另一个端点的连接请求。
send()：在建立连接后从一个端点发送数据到另一个端点。
recv()：从传入消息队列中提取消息，并将其放入用户空间提供的缓冲区中。

套接字编程概念的代码示例

为了说明套接字在Linux中的工作原理，让我们看一些代码片段，演示基本操作，如创建和关闭套接字，将其绑定到特定的地址/端口，建立连接，发送和接收数据−

int main() { 
   int sockfd; sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 
   if(sockfd==-1) { 
      printf("Failed to create TCP Socket"); 
      return -1; 
   } else { 
      printf("TCP Socket Created Successfully  
"); 
   } close(sockfd); 
return 0; }

在上述代码中，我们使用socket（）系统调用创建了一个TCP套接字。

它会返回一个套接字描述符，该描述符将用于其他操作。如果描述符的值为负数，则意味着在创建套接字时发生了错误。

int main() { 
   int sockfd; 
   struct sockaddr_in server; sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 
   if(sockfd==-1) { 
      printf("Failed to create TCP Socket"); 
      return -1; 
   } else { 
      printf("TCP Socket Created Successfully  
"); 
   } bzero(&server,sizeof(server)); 
   server.sin_family=AF_INET; server.sin_port=htons(8000); 
   server.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&server,sizeof(server)) == -1) { 
      perror("Bind Failed:"); return -1; 
   } else { printf("Bind Successfull  
"); 
} 
close(sockfd); return 0; }

在这个例子中，我们将之前创建的TCP套接字绑定到特定的地址和端口号。bind() 系统调用接受创建的套接字文件描述符和指向类型为 sockaddr_in 的结构体的指针作为输入，该结构体包含有关地址族（IPv4）、IP地址（INADDR_ANY）和本地端口号（8000）的信息。

int main() { 
   int sockfd,newsockfd,portno,n,len; 
   char buffer[256]; struct sockaddr_in serv_addr,client_addr; 
   sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); if(sockfd==-1) { 
      printf("Failed to create TCP Socket  
"); return -1; 
   } 
   bzero(&serv_addr,sizeof(serv_addr)); portno=8000; 
   serv_addr.sin_family=AF_INET; serv_addr.sin_port=htons(portno); 
   serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr))==-1) { 
      perror("Bind Failed: "); return -1; 
   } 
   listen(sockfd,5); len=sizeof(client_addr); 
   newsockfd=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&client_addr,&len); if(newsockfd==-1) { 
      printf("Error in Accepting Client Connection  
"); return -1; 
   } 
   else 
   { 
      printf("Client Connected Successfully  
"); 
      bzero(buffer,256); n=read(newsockfd,buffer,255); 
      if(n<0) perror("ERROR reading from socket"); 
      printf("%s",buffer); n=write(newsockfd,"Server:  
",40); 
      if(n<0) perror("ERROR writing to socket"); 
      close(newsockfd); 
   } close(sockfd); 
   return 0; 
}

在这段代码片段中，我们正在接受先前绑定的套接字上的传入连接。

在使用accept()函数调用接受连接后，我们可以使用read()从客户端读取数据，并使用write()系统调用向客户端发送数据。通过这些示例，展示了在Linux中如何使用系统调用和C语言编程套接字。