UNIX套接字编程：从I/O命令到TCP/IP接口

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Socket编程原理 Socket编程在UNIX系统中起源于早期的I/O命令集，该模型通过"打开-读写-关闭"的步骤实现进程间的数据传输。在传统的I/O操作中，用户进程通过调用"打开"获取对指定文件或设备的访问权限，得到一个文件描述符，用于后续的读写操作。然而，当TCP/IP协议被集成到UNIX内核后，网络I/O的操作变得更为复杂。套接字（Socket）作为网络应用编程接口（API）的基石，解决了网络环境下的进程通信难题。在多台主机间，进程间通信不再局限于单一机器，而是需要跨越网络连接。套接字编程的核心在于： 1. 跨主机通信：套接字允许不同机器上的进程通过网络建立连接，实现相互通信。这涉及到IP地址和端口号的寻址机制，以及套接字的创建、连接和断开过程。 2. 通用协议支持：网络协议种类繁多，套接字设计为一种通用机制，使得开发者无需关心底层协议细节，只需使用统一的接口来处理各种网络通信。 3. 进程标识统一化：在传统UNIX系统中，进程号在本地是唯一的，但在网络环境中，需要一套全球统一的标识方案，如网络地址（IP地址和端口号）。 4. 基础概念：套接字编程涉及的基本概念包括进程通信、套接字类型（如流套接字、数据报套接字等）、连接状态、套接字选项等，这些都是实现高效网络通信的基础。 Sun公司的UNIX BSD系统采用套接字作为主要的网络编程工具，这极大地推动了TCP/IP应用的发展。如今，套接字已成为开发网络应用软件的主流技术，不仅应用于UNIX系统，也扩展到了Windows和DOS这样的微机操作系统中。本章将深入探讨套接字编程的细节，包括其工作原理、套接字的创建、连接管理、数据传输以及错误处理等内容，帮助读者理解和掌握这一强大的网络编程手段。

常或强迫终止。

2.2.4 套接字类型

TCP/IP 的 socket 提供下列三种类型套接字。

流式套接字

流式套接字流式套接字

流式套接字（

（（

（SOCK_STREAM）

））

）

提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。

内设流量控制，避免数据流超限；数据被看作是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即使用

流式套接字。

数据报式套接字

数据报式套接字数据报式套接字

数据报式套接字（

（（

（SOCK_DGRAM）

））

）

提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，

并且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。

原始式套接字

原始式套接字原始式套接字

原始式套接字（

（（

（SOCK_RAW）

））

）

该接口允许对较低层协议，如 IP、ICMP 直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中

配置的新设备。

2.3 基本套接字系统调用

为了更好地说明套接字编程原理，下面给出几个基本套接字系统调用说明。

2.3.1 创建套接字──socket()

应用程序在使用套接字前，首先必须拥有一个套接字，系统调用 socket()向应用程序提供创建套接

字的手段，其调用格式如下：

SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol);

该调用要接收三个参数：af、type、protocol。参数 af 指定通信发生的区域，UNIX 系统支持的地

址族有：AF_UNIX、AF_INET、AF_NS 等，而 DOS、WINDOWS 中仅支持 AF_INET，它是网际网区

域。因此，地址族与协议族相同。参数 type 描述要建立的套接字的类型。参数 protocol 说明该套接字

使用的特定协议，如果调用者不希望特别指定使用的协议，则置为 0，使用默认的连接模式。根据这

三个参数建立一个套接字，并将相应的资源分配给它，同时返回一个整型套接字号。因此，socket()系

统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。

有关 socket()的详细描述参看 5.2.23。

2.3.2 指定本地地址──bind()

当一个套接字用 socket()创建后，存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind()将套接字地

址（包括本地主机地址和本地端口地址）与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字，以指

定本地半相关。其调用格式如下：

int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

参数 s 是由 socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数 name 是赋给套接

字 s 的本地地址（名字），其长度可变，结构随通信域的不同而不同。namelen 表明了 name 的长度。

如果没有错误发生，bind()返回 0。否则返回值 SOCKET_ERROR。

地址在建立套接字通信过程中起着重要作用，作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必

须有明确认识。例如，UNIX BSD 有一组描述套接字地址的数据结构，其中使用 TCP/IP 协议的地址结

构为：

struct sockaddr_in{

short sin_family; /*AF_INET*/

u_short sin_port; /*16 位端口号，网络字节顺序*/

struct in_addr sin_addr; /*32 位 IP 地址，网络字节顺序*/

char sin_zero[8]; /*保留*/

}

有关 bind()的详细描述参看 5.2.2。

2.3.3 建立套接字连接──connect()与 accept()

这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立，其中 connect()用于建立连接。无连接的套接字进

程也可以调用 connect()，但这时在进程之间没有实际的报文交换，调用将从本地操作系统直接返回。

这样做的优点是程序员不必为每一数据指定目的地址，而且如果收到的一个数据报，其目的端口未与

任何套接字建立“连接”，便能判断该端口不可操作。而 accept()用于使服务器等待来自某客户进程的

实际连接。

connect()的调用格式如下：

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