一、socket编程常用接口

socket常用API如下，后文详细介绍

// 创建 socket 文件描述符 (TCP/UDP, 客户端 + 服务器)
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);
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二、sockaddr结构

socket API适用于各种底层网络协议,如IPv4、IPv6；
各种网络协议的地址格式并不相同，为了保证socket API的通用性，有了sockaddr结构。
通过该结构告知socket API我们使用的网络协议是什么。

虽然socket API的参数是sockaddr类型，但是我们真正在基于IPv4编程时, 使用的数据结构是sockaddr_in。这个结构里主要有三部分信息: 地址类型，端口号，IP地址。

三、网络字节序

我们知道内存存储数据有大小端之分，网络数据流也有大小端之分。
发送方和接收方都是按照从内存低地址到内存高地址操作，TCP/IP协议规定,网络数据流采用大端字节序。如果当前发送主机是小端, 就需要先将数据转成大端，否则可以直接发送

为使socket程序具有可移植性,使同样的代码在大端机和小端机上都能运行，可以调用以下库函数做网络字节序和主机字节序的转换。

h表示host,n表示network,l表示32位长整数,s表示16位短整数，
例如htonl表示将32位的长整数从主机字节序转换为网络字节序。

四、IP格式转换函数

我们通常使用点分十进制的字符串表示IP地址
但是sockaddr_in中的成员struct in_addr sin_addr是32位的格式
socket编程使用如下函数进行两种格式互相转换

字符串转in_addr的函数:

     int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);

     in_addr_t inet_addr(const char *cp);
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inet_aton() 将 Internet 主机地址 cp 从 IPv4 点分十进制表示法转换为二进制形式（按网络字节顺序）并将其存储在inp 指向的结构。如果地址有效，inet_aton() 返回非零，否则返回零

inet_addr() 函数将 Internet 主机地址 cp 从 IPv4 点分十进制法转换为网络字节顺序的二进制数据。 如果输入是无效，返回 INADDR_NONE（通常为 -1）

in_addr转字符串的函数:

    char *inet_ntoa(struct in_addr in);
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inet_ntoa() 函数将以网络字节顺序给出的 Internet 主机地址转换为 IPv4 点分十进制表示法的字符串。 字符串是在静态分配的缓冲区中，后续调用将覆盖该缓冲区。

五、socket收发数据函数

接收数据：

ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                  struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
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参数依次是：
套接字、用户缓冲区位置、数据长度、读取方式（0为阻塞读取）、对端的sockaddr信息、对端的sockaddr信息长度。

返回值：
成功返回读取的信息长度，失败返回-1

发送数据：

 ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                   const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
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参数依次是套接字、用户缓冲区、数据大小、发送方式（0为阻塞式）、对端的sockaddr信息、对端的sockaddr信息长度

六、基于UDP进行socket编程

服务端

1. 创建套接字

  int sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);  
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AF_INET代表IPV4，SOCK_DGRAM代表UDP，设置好前两个参数，第三个参数设为0即可。


翻译：SOCK_DGRAM 支持数据报（固定最大长度的无连接、不可靠消息）

2. 绑定

目的：将套接字和服务端的IP、端口进行绑定

    struct sockaddr_in local;
    memset(&local, 0, sizeof(local));   //保险起见，初始化一下
    local.sin_family = AF_INET;         //使用IPV4
    local.sin_port = htons(服务端端口);       //端口会在UDP报文中发送给客户端
                                        //所以需要主机字节序转成网络字节序
    
    //注意: 云服务器不能直接绑定明确的IP，因为那个IP是云服务器厂商虚拟出来的
    //推荐使用INADDR_ANY, 可以bind所有机器上面的ip
    local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 

    bind(sock, (struct sockaddr*)&local, sizeof(local));
    
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3. 进行收发数据
4. 程序退出前使用close关闭文件描述符

客户端

1. 创建套接字，方式同上
2. 客户端不需要用户手动绑定，在发送数据的时候操作系统会随机分配、绑定端口
3. 收发数据，服务端的端口和IP是用户告知客户端的
4. 程序退出前使用close关闭文件描述符

七、基于TCP进行socket编程

服务端

1. 创建套接字

 listen_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 //SOCK_STREAM代表TCP
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2. 绑定，类似UDP服务端

3. 监听

   TCP面向连接，收发数据前需要建立连接

  listen(listen_sock, backlog);  
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listen第二个参数后文解释。

4. 获取连接
   获知是谁来连接服务端，来连接的客户端的sockaddr信息保存在变量当中

     struct sockaddr_in peer;
     socklen_t len = sizeof(peer);
     //获取连接
     int sock = accept(listen_sock, (struct sockaddr*)&peer, &len);
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5. 收发数据
6. 程序退出前使用close关闭文件描述符

客户端

1. 创建socket，类似服务端
2. 发起连接，发起时操作系统自动绑定

   //填充服务器的socket信息
   struct sockaddr_in svr;
   bzero(&svr, sizeof(svr));
   svr.sin_family = AF_INET;
   svr.sin_port = htons(服务端的端口);
   svr.sin_addr.s_addr = inet_addr(服务端的IP);

   //2. 发起链接请求
   connect(sock, (struct sockaddr*)&svr, sizeof(svr));
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3. 收发数据
4. 程序退出前使用close关闭文件描述符

八、三次握手和socket接口的关系

九、四次挥手和和socket的关系

Linux内核使用两个队列管理tcp连接：

1. 半链接队列（用来保存处于SYN_SENT或者SYN_RECV状态的连接）
2. 全连接队列（用来保存处于established状态，但是没有accept的连接）

全连接队列的长度是listen()第二个参数backlog+1。
全连接队列满时，无法继续让其他连接进入established状态。