Linux Socket 网络编程
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Linux下的网络编程指的是socket套接字编程，入门比较简单。在学校里学过一些皮毛，平时就是自学玩，没有见识过真正的socket编程大程序，比较遗憾。总感觉每次看的时候都有收获，但是每次看完了之后，过段时间不看，重新拾起这些知识的时候又要从头开始，所以，在这里做个笔记也算是做个模板，以后可以直接从某一个阶段开始接着玩。。。
1. socket套接字介绍
socket机制其实就是包括socket, bind, listen, connect, accept等函数的方法，其通过指定的函数实现不同的协议（IP4，IP6等）的数据在不同层之间的传输和获取等处理。其实个人理解socket就是处于应用层和TCP/IP协议之间的一个中间层，具体的数据分析，重组，拆分等操作对于应用层的网络编程者来说都是不可见的，这些都有协议栈内核实现，应用层的网络编程会通过设置socket机制中创建socket时参数不同，而接收或者发送不同类型的数据。
对于TCP/IP在这里就不过多的讲，但是需要提及的是经典的TCP/IP参考模型是分为4个层次：应用层，传输层，网络互联层，主机到网络层。标准的套接字编程主要是指TCP和UDP的网络编程，socket网络编程的模式就是分server和client，通过server端首先建立，client端联接进行通信。网络协议栈内核实现的功能主要就是在数据到达每一层时，给数据加上或者去掉协议包头，或者进行校验，数据重组，拆分等操作，最后得到我们想要的数据格式。
下面简单列一下TCP/IP参考模型中主要的协议类型(图片来自Linux网络编程)。
图1 TCP/IP 参考模型的层次结构
标准套接字分为TCP和UDP协议两种不同type的工作流程，TCP网络编程相对于UDP来说相对复杂，因为TCP是面向连接的服务，其中包括三次握手建立连接的过程，而UDP则是无连接的服务，下图介绍了TCP服务使用socket套接字建立连接的过程，以及进行数据交互的过程。图片来自/xrb66/article/details/6048399
图2 TCP 建立socket通信的流程
TCP和UDP的网络编程模式有两种，一种是服务器模式，另一种是客户端模式，因为TCP是面向连接的服务，所以在socket机制当中，TCP的服务器模式比UDP的服务器模式多了listen，accept函数，TCP客户端比UDP客户端多了connect函数。下面是TCP和UDP网络编程的两种模式流程图。下面将结合图2，3，4介绍一下TCP
socket的机制是如何实现的。
图3 TCP 服务器端与客户端通信流程
图4 UDP服务器端和客户端通信流程
2. socket套接字基本函数介绍
2.1 创建socket套接字
int socket(int family, int type, int protocol);
功能介绍：
在Linux操作系统中，一切皆文件，这个大家都知道，个人理解创建socket的过程其实就是一个获得文件描述符的过程，当然这个过程会是比较复杂的。可以从内核中找到创建socket的代码，并且socket的创建和其他的listen，bind等操作分离开来。socket函数完成正确的操作是返回值大于0的文件描述符，当返回小于0的值时，操作错误。同样是返回一个文件描述符，但是会因为三个参数组合不同，对于数据具体的工作流程不同，对于应用层编程来说，这些也是不可见的。
参数说明：
从socket创建的函数可以看出，socket有三个参数，family代表一个协议族，比较熟知的就是AF_INET，PF_PACKET等；第二个参数是协议类型，常见类型是SOCK_STREAM, SOCK_DGRAM, SOCK_RAW, SOCK_PACKET等；第三个参数是具体的协议，对于标准套接字来说，其值是0，对于原始套接字来说就是具体的协议值。 2.2 地址端口绑定函数bind
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
功能介绍：
bind函数主要应用于服务器模式一端，其主要的功能是将addrlen长度 struct
sockaddr类型的myaddr地址与sockfd文件描述符绑定到一起，在sockaddr中主要包含服务器端的协议族类型，网络地址和端口号等。在客户端模式中不需要使用bind函数。当bind函数返回0时，为正确绑定，返回-1，则为绑定失败。
参数说明：
bind函数的第一个参数sockfd是在创建socket套接字时返回的文件描述符。
bind函数的第二个参数是struct sockaddr类型的数据结构，由于struct
sockaddr数据结构类型不方便设置，所以通常会通过对truct sockaddr_in进行地质结构设置，然后进行强制类型转换成struct sockaddr类型的数据，下面是两种类型数据结构的定义和对应关系图。
typedef unsigned short sa_family_t;
struct in_addr {
__be32 s_addr;
};
struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; /* address family, AF_xxx
*/
char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address
*/
};
/* Structure describing an Internet (IP) socket address.
*/
#define __SOCK_SIZE__ 16 /* sizeof(struct sockaddr)
*/
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* Address family
*/
__be16 sin_port; /* Port number
*/
struct in_addr sin_addr; /* Internet address
*/
/* Pad to size of `struct sockaddr'.
*/
unsigned char __pad[__SOCK_SIZE__ - sizeof(short int) -
sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)];
};
图5 struct sockaddr_in和struct sockaddr的映射关系
bind函数的第三个参数是指定struct sockaddr类型数据的长度，因为前面讲过bind函数的第二个参数是通过设置一个较容易的数据结构，然后通过强制类型转换成struct sockaddr，实际上，第二个参数具体的数据结构的长度会根据socket创建时，设置的family协议族的不同而不同，像AF_UNIX协议族的bind函数第二个参数的数据结构应该是struct sockaddr_un，其大小和struct sockaddr_in不同。
2.3 监听本地端口listen
int listen(int sockfd, int backlog);
功能介绍：
刚开始理解listen函数会有一个误区，就是认为其操作是在等在一个新的connect的到来，其实不是这样的，真正等待connect的是accept操作，listen的操作就是当有较多的client发起connect时，server端不能及时的处理已经建立的连接，这时就会将connect连接放在等待队列中缓存起来。这个等待队列的长度有listen中的backlog参数来设定。listen和accept函数是服务器模式特有的函数，客户端不需要这个函数。当listen运行成功时，返回0；运行失败时，返回值位-1.
参数说明：
sockfd是前面socket创建的文件描述符;backlog是指server端可以缓存连接的最大个数，也就是等待队列的长度。
2.4 接受网络请求函数accept int accept(int sockfd, struct sockaddr *client_addr, socklen_t *len);
功能介绍：
接受函数accept其实并不是真正的接受，而是客户端向服务器端监听端口发起的连接。对于TCP来说，accept从阻塞状态返回的时候，已经完成了三次握手的操作。Accept其实是取了一个已经处于connected状态的连接，然后把对方的协议族，网络地址以及端口都存在了client_addr中，返回一个用于操作的新的文件描述符，该文件描述符表示客户端与服务器端的连接，通过对该文件描述符操作，可以向client端发送和接收数据。同时之前socket创建的sockfd，则继续监听有没有新的连接到达本地端口。返回大于0的文件描述符则表示accept成功，否则失败。
参数说明：
sockfd是socket创建的文件描述符；client_addr是本地服务器端的一个struct
sockaddr类型的变量，用于存放新连接的协议族，网络地址以及端口号等；第三个参数len是第二个参数所指内容的长度，对于TCP来说其值可以用sizeof(struct
sockaddr_in)来计算大小，说要说明的是accept的第三个参数要是指针的形式，因为这个值是要传给协议栈使用的。
2.5 连接目标服务器函数connect
int connect(int sock_fd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);
功能介绍：
连接函数connect是属于client端的操作函数，其目的是向服务器端发送连接请求，这也是从客户端发起TCP三次握手请求的开始，服务器端的协议族，网络地址以及端口都会填充到connect函数的serv_addr地址当中。当connect返回0时说明已经connect成功，返回值是-1时，表示connect失败。
参数说明：
connect的第一个参数是socket创建的文件描述符；第二个参数是一个struct
