Linux下使用SOCKET編程接口實現(xiàn)C/S通信

董偉梁

摘要：套接字（SOCKET）的客戶端/服務(wù)器（c/s）的通信模型，是基于TCP/IP協(xié)議的一種通信方式。本文結(jié)合c/s模型和SOCKET工作原理，闡述了socket原理以及如何實現(xiàn)Linux系統(tǒng)下的面向連接的socket通信。

關(guān)鍵字：SOCKET C/S Linux TCP/IP

引言

網(wǎng)絡(luò)編程的特點就在于它從客戶端和服務(wù)器兩個方面出發(fā)，具有監(jiān)聽、請求和連接三個過程。Linux與Unix十分相似，它不僅網(wǎng)絡(luò)功能非常強(qiáng)大，而且穩(wěn)定性高，很適合運用到網(wǎng)絡(luò)編程通信之中。SOCKET作為一種編程接口，在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和應(yīng)用程序的聯(lián)系之中扮演者不可或缺的角色。

1 TCP/IP協(xié)議結(jié)構(gòu)

TCP/IP協(xié)議由網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議和運輸層TCP協(xié)議構(gòu)成，是一種基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其中IP協(xié)議管理互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的地址，TCP協(xié)議管理數(shù)據(jù)的傳輸。TCP/IP協(xié)議下，應(yīng)用程序有兩種編程接口，傳輸層接口（TLI）和套接字接口（SOCKET）?，F(xiàn)如今，SOCKET接口已經(jīng)成為普遍認(rèn)可的編程接口形式。

2 SOCKET通信原理與模型

SOCKET中文名稱套接字，是一種為適應(yīng)TCP/IP程序開發(fā)而設(shè)計的一種接口形式。在一個具有兩端的通信進(jìn)程中，一個套接字只能描述其中一端，所以需要其他套接字來描述另一端。

SOCKET在用于網(wǎng)絡(luò)通信時，取其幾個本意中“插座”的意思。套接字就好比是固定電話機(jī)和電話線之間的插座，或者說是接口。電話接口對應(yīng)著一個的電話號碼，當(dāng)乙使用電話機(jī)向甲尋求通話時，乙的電話機(jī)必須有一個確定的電話號碼，同時他也要知道甲的電話號碼。即至少在通信時雙方各擁有一個固定的SOCKET。這時如果甲處于空閑狀態(tài)，那么他可以選擇接聽乙的來電，雙方之間的通話連接的得以建立。乙發(fā)出的信息是通過電話機(jī)處理后傳向甲的，同時他收到的信息也是經(jīng)過電話機(jī)接收和處理過的。整個過程總體如下：

（1）服務(wù)器和客戶端分別建立SOCKET接口。

（2）服務(wù)器處于監(jiān)聽狀態(tài)。客戶端描述待連接服務(wù)器的SOCKET，發(fā)送連接請求。

（3）服務(wù)器作出相應(yīng)，并返回端口號與SOCKET地址。連接建立。

在電話通話時，還存在一種特殊情況。在通話連接建立之后，是丙而不是甲接聽電話，那么乙就需要請求甲接聽電話。為了能夠區(qū)分端口，每個SOCKET都會有一個由系統(tǒng)分配的唯一的端口號。在實際SOCKET通信時，服務(wù)器中有多個軟件進(jìn)程，當(dāng)進(jìn)程與一個端口相綁定后，系統(tǒng)就會把所要發(fā)給該進(jìn)程的信息通過端口號定位到相應(yīng)端口，再把信息準(zhǔn)確無誤地發(fā)給相應(yīng)進(jìn)程。

SOCKET是為客戶端/服務(wù)器模型（C/S）而開發(fā)的。在這種模式下，客戶端的SOCKET并不是一定的，好比乙可以使用不同的終端來呼叫甲。然而服務(wù)器的SOCKET是固定的，同時對網(wǎng)絡(luò)中的每個客戶端來說，它的SOCKET是已知的。

c/s模型是一種最基本的SOCKET模型，根據(jù)不同的發(fā)起方向，可以分為面向無連接形式和面向連接形式。UDP協(xié)議用于面向無連接的通信形式，該協(xié)議提供盡最大努力的服務(wù)，但卻不具有一定的可靠性，只能通過超時報錯和重傳機(jī)制來維持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性，在網(wǎng)絡(luò)連接狀況良好時尚可，不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)惡劣的環(huán)境。而面向連接的通信采用TCP協(xié)議，它雖然相比UDP協(xié)議要耗費更多的資源，但在一定程度上維持了傳輸?shù)姆€(wěn)定性，比較能夠以適應(yīng)各種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的傳輸工作。

對于面向連接和面向無連接，套接字類型與之相對應(yīng)分為以下兩種形式：

（1）流式套接字（SOCKSTREAM）。

提供面向連接的傳輸服務(wù)。傳輸過程穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，發(fā)生重復(fù)、丟失和損壞的坑能動性低，可以通過流量控制來把控傳輸，數(shù)據(jù)流服務(wù)對象多為連接上的應(yīng)用。

（2）數(shù)據(jù)報套接口（SOCKDGARM）

提供面向無連接的傳輸服務(wù)。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以獨立的形式被包裝成數(shù)據(jù)包發(fā)送，可靠性較低，發(fā)生傳輸錯誤的概率較高。

3 Linux下的面向連接的SOCKET編程設(shè)計

面向連接的SOCKET即流式套接字，采用TCP協(xié)議。基本工作過程如圖1所示。

服務(wù)器： （1）使用socket（）創(chuàng)建流式套接字。（2）通過bind（）函數(shù)把相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)地址和套接字關(guān)聯(lián)起來。（3）使用listen（）來監(jiān)聽發(fā)送到端口的請求。（4）用accept（）接受連接請求。無連接請求時，服務(wù)器進(jìn)程處于停滯狀態(tài)，繼續(xù)等待客戶端。（5）連接建立后，新的流式套接字便會生成，這個套接字會與客戶端套接字關(guān)聯(lián)，而原套接字繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)。此時可通過read（）和write（）函數(shù)與客戶端通信。（6）使用close（）可終止連接與服務(wù)。

客戶端：（1）使用socket（）創(chuàng)建流式套接字。（2）通過connect（）發(fā)送連接服務(wù)器請求。（3）連接建立后，可用read（）和write（）函數(shù)與服務(wù)器通信。（4）使用close（）可終止連接與服務(wù)。

服務(wù)器和客戶端程序編寫完成后，使用Linux的程序編譯工具GCC和程序調(diào)試工具GDB分別對兩個程序進(jìn)行處理。處理完成后，在兩個終端內(nèi)分別運行客戶端程序和服務(wù)器程序，先令服務(wù)器處于監(jiān)聽狀態(tài)，之后客戶端發(fā)送文本數(shù)據(jù)，即可成功建立C/S連接。如圖2所示。

4 結(jié)束語

套接字作為一種主要的編程接口形式，掌握它的編寫和使用十分重要。由于套接字基于c/s通信模型，編程時需要編寫服務(wù)器和客戶端兩部分程序，來實現(xiàn)主機(jī)之間的可靠通信。

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