Socket 相关的知识

在写网络程序的时候，建立TCP socket：
sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
然后在绑定本地地址或连接远程地址时需要初始化sockaddr_in结构，其中指定address family时一般设置为AF_INET，即使用IP。

相关头文件中的定义：AF = Address Family
PF = Protocol Family
AF_INET = PF_INET

而在Unix/Linux系统中，在不同的版本中这两者有微小差别.对于BSD,是AF,对于POSIX是PF.

理论上建立socket时是指定协议，应该用PF_xxxx，设置地址时应该用AF_xxxx。当然AF_INET和PF_INET的值是相同的，混用也不会有太大的问题。也就是说你socket时候用PF_xxxx，设置的时候用AF_xxxx也是没关系的，这点随便找个TCPIP例子就可以验证出来了。如下，不论是AF_INET还是PF_INET都是可行的，只不过这样子的话，有点不符合规范。

close 一个套接字的默认行为是把套接字标记为已关闭，然后立即返回到调用进程，该套接字描述符不能再由调用进程使用，也就是说它不能再作为read或write的第一个参数，然而TCP将尝试发送已排队等待发送到对端的任何数据，发送完毕后发生的是正常的TCP连接终止序列。

在多进程并发服务器中，父子进程共享着套接字，套接字描述符引用计数记录着共享着的进程个数，当父进程或某一子进程close掉套接字时，描述符引用计数会相应的减一，当引用计数仍大于零时，这个close调用就不会引发TCP的四路握手断连过程。

终止网络连接的通用方法是调用close函数。但使用shutdown能更好的控制断连过程（使用第二个参数）。

close函数会关闭套接字ID，如果有其他的进程共享着这个套接字，那么它仍然是打开的，这个连接仍然可以用来读和写，并且有时候这是非常重要的，特别是对于多进程并发服务器来说。

而shutdown会切断进程共享的套接字的所有连接，不管这个套接字的引用计数是否为零，那些试图读得进程将会接收到EOF标识，那些试图写的进程将会检测到SIGPIPE信号，同时可利用shutdown的第二个参数选择断连的方式。

下面将展示一个客户端例子片段来说明使用close和shutdown所带来的不同结果：

客户端有两个进程，父进程和子进程，子进程是在父进程和服务器建连之后fork出来的，子进程发送标准输入终端键盘输入数据到服务器端，知道接收到EOF标识，父进程则接受来自服务器端的响应数据。

对于这段代码，我们所期望的是子进程获取完标准终端的数据，写入套接字后close套接字，并退出，服务器端接收完数据检测到EOF（表示数据已发送完），也关闭连接，并退出。接着父进程读取完服务器端响应的数据，并退出。然而，事实会是这样子的嘛，其实不然！子进程close套接字后，套接字对于父进程来说仍然是可读和可写的，尽管父进程永远都不会写入数据。因此，此socket的断连过程没有发生，因此，服务器端就不会检测到EOF标识，会一直等待从客户端来的数据。而此时父进程也不会检测到服务器端发来的EOF标识。这样服务器端和客户端陷入了死锁（deadlock）。如果用shutdown代替close，则会避免死锁的发生。

3、当客户端保持着与服务器端的连接，这时服务器端断开，再开启服务器时会出现： Address already in usr
可以用netstat -anp | more 可以看到客户端还保持着与服务器的连接(还在使用服务器bind的端口)。这是由于client没有执行close，连接还会等待client的FIN包一段时间。解决方法是使用setsockopt,使得socket可以被重用，是最常用的服务器编程要点。具体的做法为是，在socket调用和bind调用之间加上一段对socket的设置：

　　recv和recvfrom都可用TCP或者UDP，只是习惯性TCP用recv，因为基于连接的对方socket是已知的，UDP用recvfrom，因为一般用没有bind远端socket，接受到本地端口的所有数据，需要recvfrom识别远端地址。

　　recv的recvfrom是可以替换使用的，只是recvfrom多了两个参数，可以用来接收对端的地址信息，这个对于udp这种无连接的，可以很方便地进行回复。而换过来如果你在udp当中也使用recv，那么就不知道该回复给谁了，如果你不需要回复的话，也是可以使用的。另外就是对于tcp是已经知道对端的，就没必要每次接收还多收一个地址，没有意义，要取地址信息，在accept当中取得就可以加以记录了

　　gethostname() -- 获取进程所在机器的计算机的名字。
　　gethostbyname() -- 用域名或主机名获取IP地址，这个域名或主机名可以是本地机器的主机名/域名；也可以是远端节点的域名。

　　只考虑AF_INET的情况（同一端口指ip地址与端口号都相同）
　　1.freebsd支持SO_REUSEPORT和SO_REUSEADDR选项,而linux只支持SO_REUSEADDR选项。
　　2.freebsd下,使用SO_REUSEPORT选项，两个tcp的socket可以绑定同一个端口；同样，使用SO_REUSEPORT选项，两个udp的socket可以绑定同一个端口。
　　3.linux下，两个tcp的socket不能绑定同一个端口；而如果使用SO_REUSEADDR选项，两个udp的socket可以绑定同一个端口。
　　4.freebsd下，两个tcp的socket绑定同一端口，只有第一个socket获得数据。
　　5.freebsd下，两个udp的socket绑定同一端口，如果数据包的目的地址是单播地址，则只有第一个socket获得数据，而如果数据包的目的地址是多播地址，则两个socket同时获得相同的数据。
　　6.linux下，两个udp的socket绑定同一端口，如果数据包的目的地址是单播地址，则只有最后一个socket获得数据，而如果数据包的目的地址是多播地址，则两个socket同时获得相同的数据。

　　SO_REUSEADDR提供如下四个功能：
　　1.SO_REUSEADDR允许启动一个监听服务器并捆绑其众所周知端口，即使以前建立的将此端口用做他们的本地端口的连接仍存在。这通常是重启监听服务器时出现，若不设置此选项，则bind时将出错。
　　2.SO_REUSEADDR允许在同一端口上启动同一服务器的多个实例，只要每个实例捆绑一个不同的本地IP地址即可。对于TCP，我们根本不可能启动捆绑相同IP地址和相同端口号的多个服务器。
　　3.SO_REUSEADDR允许单个进程捆绑同一端口到多个套接口上，只要每个捆绑指定不同的本地IP地址即可。这一般不用于TCP服务器。
　　4.SO_REUSEADDR允许完全重复的捆绑：当一个IP地址和端口绑定到某个套接口上时，还允许此IP地址和端口捆绑到另一个套接口上。一般来说，这个特性仅在支持多播的系统上才有，而且只对UDP套接口而言（TCP不支持多播）。

　　SO_REUSEPORT选项有如下语义：
　　此选项允许完全重复捆绑，但仅在想捆绑相同IP地址和端口的套接口都指定了此套接口选项才性。
　　如果被捆绑的IP地址是一个多播地址，则SO_REUSEADDR和SO_REUSEPORT等效。

　　使用这两个套接口选项的建议：
　　在所有TCP服务器中，在调用bind之前设置SO_REUSEADDR套接口选项；
　　当编写一个同一时刻在同一主机上可运行多次的多播应用程序时，设置SO_REUSEADDR选项，并将本组的多播地址作为本地IP地址捆绑。

　　2.UDP中connect操作与TCP中connect操作有着本质区别。
　　　　TCP中调用connect会引起三次握手，client与server建立连结.UDP中调用connect内核仅仅把对端ip&port记录下来。

　　3.UDP中可以多次调用connect,TCP只能调用一次connect。
　　UDP多次调用connect有两种用途:
　　　　1,指定一个新的ip&port连结，指定新连结，直接设置connect第二个参数即可。
　　　　2,断开和之前的ip&port的连结，断开连结，需要将connect第二个参数中的sin_family设置成 AF_UNSPEC即可。

　　4.UDP中使用connect可以提高效率.原因如下:
　　普通的UDP发送两个报文内核做了如下:
　　　　#1:建立连结
　　　　#2:发送报文
　　　　#3:断开连结
　　　　#4:建立连结
　　　　#5:发送报文
　　　　#6:断开连结
　　采用connect方式的UDP发送两个报文内核如下处理:
　　　　#1:建立连结
　　　　#2:发送报文
　　　　#3:发送报文另外一点, 每次发送报文内核都由可能要做路由查询。

　　5.采用connect的UDP发送接受报文可以调用send,write和recv,read操作.当然也可以调用sendto,recvfrom.
　　调用sendto的时候第五个参数必须是NULL，第六个参数是0，调用recvfrom,recv,read系统调用只能获取到先前connect的ip&port发送的报文。

　　6.UDP中使用connect的好处:
　　1:会提升效率.前面已经描述了.
　　2:高并发服务中会增加系统稳定性.原因:
　　假设client A 通过非connect的UDP与server B,C通信.B,C提供相同服务。为了负载均衡,我们让A与B,C交替通信。A 与 B通信IPa:PORTa <----> IPb:PORTb；A与 C通信IPa:PORTa' <---->IPc:PORTc 。假设PORTa与PORTa'相同了(在大并发情况下会发生这种情况),那么就有可能出现A等待B的报文,却收到了C的报文.导致收报错误.解决方法内就是采用connect的UDP通信方式.在A中创建两个udp,然后分别connect到B,C。

　　getsockname()是返回套接口关联的本地协议地址。
　　getpeername()是返回套接口关联的远程协议地址。

　　getsockname和getpeername调度时机很重要，如果调用时机不对，则无法正确获得地址和端口。
　　TCP:
　　1>对于服务器来说，在bind以后就可以调用getsockname来获取本地地址和端口，虽然这没有什么太多的意义。getpeername只有在链接建立以后才调用，否则不能正确获得对方地址和端口，所以他的参数描述字一般是链接描述字而非监听套接口描述字。
　　2>对于客户端来说，在调用socket时候内核还不会分配IP和端口，此时调用getsockname不会获得正确的端口和地址（当然链接没建立更不可能调用getpeername），当然如果调用了bind 以后可以使用getsockname。想要正确的到对方地址（一般客户端不需要这个功能），则必须在链接建立以后，同样链接建立以后，此时客户端地址和端口就已经被指定，此时是调用getsockname的时机。
　　UDP:
　　UDP分为链接和没有链接2种:
　　1>没有链接的UDP不能调用getpeername，但是可以调用getsockname,和TCP一样，他的地址和端口不是在调用socket就指定了，而是在第一次调用sendto函数以后
　　2>已经链接的UDP，在调用connect以后，这2个函数都是可以用的（同样，getpeername也没太大意义。如果你不知道对方的地址和端口，不可能会调用connect）。

　　使用gethostbyname()函数包含2个头文件：

　#include <netdb.h>
　#include <sys/socket.h>

　　gethostbyname()函数定义：

struct hostent *gethostbyname(const char *name);

　　这个函数的传入值是域名或者主机名，例如"www.google.com","wpc"等等；传出值，是一个hostent的结构（如下）。如果函数调用失败，将返回NULL

　　hostent结构体定义：

struct hostent {
     char *h_name; //表示的是主机的规范名。例如www.google.com的规范名其实是www.l.google.com。
     char **h_aliases; // 表示的是主机的别名。www.google.com就是google他自己的别名。有的时候，有的主机可能有好几个别名，这些，其实都是为了易于用户记忆而为自己的网站多取的名字。
     int h_addrtype; // 表示的是主机ip地址的类型，到底是ipv4(AF_INET)，还是ipv6(AF_INET6)
     int h_length; //表示的是主机ip地址的长度
     char **h_addr_list; //表示的是主机的ip地址，注意，这个是以网络字节序存储的。千万不要直接用printf带%s参数来打这个东西，会有问题的哇。所以到真正需要打印出这个IP的话，需要调用inet_ntop()。
};

　　inet_ntop()函数定义：

const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t cnt) ：

　　这个函数，是将类型为af的网络地址结构src，转换成主机序的字符串形式，存放在长度为cnt的字符串中。
　　这个函数，其实就是返回指向dst的一个指针。如果函数调用错误，返回值是NULL。

　　下面是例程，就是通过给定一个主机名,然后调用gethostbyname(hostname)，返回一个struct hostent类型的数据结构其中包含 char **h_addr_list(为ip地址列表)，然后调用inet_ntoa(struct in_addr in)打印出ip地址。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netdb.h>

main(int argc,const char **argv)
{
    long addr;
    struct hostent *hp;
    char **p;

    hp=gethostbyname(argv[1]); /* 调用gethostbyname()。调用结果都存在hp中 注意有的获取IP地址的时候，需要去掉“://”前面的和“/”后面的*/
    if(hp==NULL)
    {
         (void)printf("host information for %s not found
",argv[1]);
         exit(2);
    }

    for(p=hp->h_addr_list;*p!=0;p++)
    {
        struct in_addr in;
        char **q;

        memcpy(&in.s_addr,*p,sizeof(in.s_addr));

        printf("%s	%s",inet_ntoa(in),hp->h_name);/* 将刚才得到的所有地址都打出来。其中调用了inet_ntoa()函数 */
        for(q=hp->h_aliases;*q!=0;q++)
             printf("%s",*q);
        putchar('
');
    }
    exit(0);
}

11.udp数据发送

　　udp数据发送的目标地址，一个固定值，一个接受到的地址，如果经过了路由器，那么这个接受地址变成了路由器地址，再次发送就不是已经的目标地址，而tcp的面向对象连接，建立了链路，所以远程的时候或者访问上级子网的时候，要么采取tcp的，要么采取udp 固定ip地址发送。