#Linux#进程间通信# 套接字(socket)

套接字(socket)是一种通信机制，凭借这种机制，客户/服务器 （即要进行通信的进程）系统的开发工作既可以在本地单机上进行， 也可以跨网络进行。也就是说它可以让不在同一台计算机但通过网 络连接计算机上的进程进行通信。也因为这样，套接字明确地将客 户端和服务器区分开来。

一个套接口可以看作是进程间通信的端点（endpoint），每个套接口的名字都是唯一的（唯一的含义是不言而喻的），其他进程可以发现、连接并且与之通信。通信域用来说明套接口通信的协议，不同的通信域有不同的通信协议以及套接口的地址结构等等，因此，创建一个套接口时，要指明它的通信域。比较常见的是Unix域套接口（采用套接口机制实现单机内的进程间通信）及网际通信域。

客户方和服务方。当两个应用之间需要采用SOCKET通信时，首先需要在两个应用之间（可能位于同一台机器，也可能位于不同的机器）建立SOCKET连接。

• 发起呼叫连接请求的一方为客户方：在客户方呼叫连接请求之前，它必须知道服务方在哪里。所以需要知道服务方所在机器的IP地址或机器名称，如果客户方和服务方事前有一个约定就好了，这个约定就是PORT（端口号）。也就是说，客户方可以通过服务方所在机器的IP地址或机器名称和端口号唯一的确定方式来呼叫服务方。

• 接受呼叫连接请求的一方成为服务方：在客户方呼叫之前，服务方必须处于侦听状态，侦听是否有客户要求建立连接。一旦接到连接请求，服务方可以根据情况建立或拒绝连接。当客户方的消息到达服务方端口时，会自动触发一个事件（event），服务方只要接管该事件，就可以接受来自客户方的消息了。

 

Socket通信过程：先从服务器端说起。服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。

 

套接字的特性有三个属性确定，它们是：域（domain），类型（type），和协议（protocol）。套接字还用地址作为它的名字。地址的格式随域（又被称为协议族，protocol family）的不同而不同。每个协议族又可以使用一个或多个地址族定义地址格式。

 

协议域（domain）: 又称为协议族（family）。 常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）等等（ＡＦ是address family简称）。

• AF_INET：ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）。它指的是Internet网络。当客户使用套接字进行跨网络的连接时，它就需要用到服务器计算机的IP地址和端口来指定一台联网机器上的某个特定服务，所以在使用socket作为通信的终点，服务器应用程序必须在开始通信之前绑定一个端口，服务器在指定的端口等待客户的连接。AF_INET域套接字来说，它的地址结构由sockaddr_in来描述。

struct sockaddr_in {
  __kernel_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)];
};

/* Internet address. */
struct in_addr {
	__be32	s_addr;
};

AF_INET6：ipv6地址（128位的）与端口号（16位的）。与AF_INET除了地址上的区别，其他基本一致。AF_INET6域套接字来说，它的地址结构由sockaddr_in6来描述。 

struct sockaddr_in6 {
	unsigned short int	sin6_family;    /* AF_INET6 */
	__be16			sin6_port;      /* Transport layer port # */
	__be32			sin6_flowinfo;  /* IPv6 flow information */
	struct in6_addr		sin6_addr;      /* IPv6 address */
	__u32			sin6_scope_id;  /* scope id (new in RFC2553) */
};

• AF_LOCAL：也称AF_UNIX, 表示UNIX文件系统，它就是文件输入/输出，而它的地址就是文件名。AF_UNIX域套接字来说，它的地址由结构sockaddr_un来描述。

struct sockaddr_un {
	__kernel_sa_family_t sun_family; /* AF_UNIX */
	char sun_path[UNIX_PATH_MAX];	/* pathname */
};

协议域（domain）Linux5.4.6版本定义如下：

/* Supported address families. */
#define AF_UNSPEC	0
#define AF_UNIX		1	/* Unix domain sockets 		*/
#define AF_LOCAL	1	/* POSIX name for AF_UNIX	*/
#define AF_INET		2	/* Internet IP Protocol 	*/
#define AF_AX25		3	/* Amateur Radio AX.25 		*/
#define AF_IPX		4	/* Novell IPX 			*/
#define AF_APPLETALK	5	/* AppleTalk DDP 		*/
#define AF_NETROM	6	/* Amateur Radio NET/ROM 	*/
#define AF_BRIDGE	7	/* Multiprotocol bridge 	*/
#define AF_ATMPVC	8	/* ATM PVCs			*/
#define AF_X25		9	/* Reserved for X.25 project 	*/
#define AF_INET6	10	/* IP version 6			*/
#define AF_ROSE		11	/* Amateur Radio X.25 PLP	*/
#define AF_DECnet	12	/* Reserved for DECnet project	*/
#define AF_NETBEUI	13	/* Reserved for 802.2LLC project*/
#define AF_SECURITY	14	/* Security callback pseudo AF */
#define AF_KEY		15      /* PF_KEY key management API */
#define AF_NETLINK	16
#define AF_ROUTE	AF_NETLINK /* Alias to emulate 4.4BSD */
#define AF_PACKET	17	/* Packet family		*/
#define AF_ASH		18	/* Ash				*/
#define AF_ECONET	19	/* Acorn Econet			*/
#define AF_ATMSVC	20	/* ATM SVCs			*/
#define AF_RDS		21	/* RDS sockets 			*/
#define AF_SNA		22	/* Linux SNA Project (nutters!) */
#define AF_IRDA		23	/* IRDA sockets			*/
#define AF_PPPOX	24	/* PPPoX sockets		*/
#define AF_WANPIPE	25	/* Wanpipe API Sockets */
#define AF_LLC		26	/* Linux LLC			*/
#define AF_IB		27	/* Native InfiniBand address	*/
#define AF_MPLS		28	/* MPLS */
#define AF_CAN		29	/* Controller Area Network      */
#define AF_TIPC		30	/* TIPC sockets			*/
#define AF_BLUETOOTH	31	/* Bluetooth sockets 		*/
#define AF_IUCV		32	/* IUCV sockets			*/
#define AF_RXRPC	33	/* RxRPC sockets 		*/
#define AF_ISDN		34	/* mISDN sockets 		*/
#define AF_PHONET	35	/* Phonet sockets		*/
#define AF_IEEE802154	36	/* IEEE802154 sockets		*/
#define AF_CAIF		37	/* CAIF sockets			*/
#define AF_ALG		38	/* Algorithm sockets		*/
#define AF_NFC		39	/* NFC sockets			*/
#define AF_VSOCK	40	/* vSockets			*/
#define AF_KCM		41	/* Kernel Connection Multiplexor*/
#define AF_QIPCRTR	42	/* Qualcomm IPC Router          */
#define AF_SMC		43	/* smc sockets: reserve number for
				 * PF_SMC protocol family that
				 * reuses AF_INET address family
				 */
#define AF_XDP		44	/* XDP sockets			*/

#define AF_MAX		45	/* For now.. */

类型（type）: 指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW等等

• SOCK_STREAM：流式套接字（stream）由类型SOCK_STREAM指定，它们是在AF_INET域中通过TCP/IP连接实现，同时也是AF_UNIX中常用的套接字类型。流套接字提供的是一个有序、可靠、双向字节流的连接，因此发送的数据可以确保不会丢失、重复或乱序到达，而且它还有一定的出错后重新发送的机制。
• SOCK_DGRAM：数据报套接字（datagram）由类型SOCK_DGRAM指定，它不需要建立连接和维持一个连接，它们在AF_INET中通常是通过UDP/IP协议实现的。它对可以发送的数据的长度有限制，数据报作为一个单独的网络消息被传输,它可能会丢失、复制或错乱到达，UDP不是一个可靠的协议，但是它的速度比较高，因为它并一需要总是要建立和维持一个连接。
• SOCK_RAW：原始套接字（raw）由类型SOCK_RAW指定，是一种不同于SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM的套接字，它实现于系统核心。然而，原始套接字能做什么呢？首先来说，普通的套接字无法处理ICMP、IGMP等网络报文，而SOCK_RAW可以；其次，SOCK_RAW也可以处理特殊的IPv4报文；此外，利用原始套接字，可以通过IP_HDRINCL套接字选项由用户构造IP头。总体来说，SOCK_RAW可以处理普通的网络报文之外，还可以处理一些特殊协议报文以及操作IP层及其以上的数据。

类型（type）Linux5.4.6版本定义如下：

enum sock_type {
	SOCK_STREAM	= 1,
	SOCK_DGRAM	= 2,
	SOCK_RAW	= 3,
	SOCK_RDM	= 4,
	SOCK_SEQPACKET	= 5,
	SOCK_DCCP	= 6,
	SOCK_PACKET	= 10,
};

协议（protocol）：常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议。type和protocol不是可以随意组合的，如SOCK_STREAM和SOCK_SEQPACKET是面向链接的类型，因此protocol也应该选择面向链接的tcp协议。当protocol为0时，会自动选择type对应的默认协议。

• IPPROTO_TCP：TCP传输协议。
• SOCK_DGRAM：UDP传输协议。

协议（protocol）Linux5.4.6版本定义如下：

/* Standard well-defined IP protocols.  */
enum {
  IPPROTO_IP = 0,		/* Dummy protocol for TCP		*/
#define IPPROTO_IP		IPPROTO_IP
  IPPROTO_ICMP = 1,		/* Internet Control Message Protocol	*/
#define IPPROTO_ICMP		IPPROTO_ICMP
  IPPROTO_IGMP = 2,		/* Internet Group Management Protocol	*/
#define IPPROTO_IGMP		IPPROTO_IGMP
  IPPROTO_IPIP = 4,		/* IPIP tunnels (older KA9Q tunnels use 94) */
#define IPPROTO_IPIP		IPPROTO_IPIP
  IPPROTO_TCP = 6,		/* Transmission Control Protocol	*/
#define IPPROTO_TCP		IPPROTO_TCP
  IPPROTO_EGP = 8,		/* Exterior Gateway Protocol		*/
#define IPPROTO_EGP		IPPROTO_EGP
  IPPROTO_PUP = 12,		/* PUP protocol				*/
#define IPPROTO_PUP		IPPROTO_PUP
  IPPROTO_UDP = 17,		/* User Datagram Protocol		*/
#define IPPROTO_UDP		IPPROTO_UDP
  IPPROTO_IDP = 22,		/* XNS IDP protocol			*/
#define IPPROTO_IDP		IPPROTO_IDP
  IPPROTO_TP = 29,		/* SO Transport Protocol Class 4	*/
#define IPPROTO_TP		IPPROTO_TP
  IPPROTO_DCCP = 33,		/* Datagram Congestion Control Protocol */
#define IPPROTO_DCCP		IPPROTO_DCCP
  IPPROTO_IPV6 = 41,		/* IPv6-in-IPv4 tunnelling		*/
#define IPPROTO_IPV6		IPPROTO_IPV6
  IPPROTO_RSVP = 46,		/* RSVP Protocol			*/
#define IPPROTO_RSVP		IPPROTO_RSVP
  IPPROTO_GRE = 47,		/* Cisco GRE tunnels (rfc 1701,1702)	*/
#define IPPROTO_GRE		IPPROTO_GRE
  IPPROTO_ESP = 50,		/* Encapsulation Security Payload protocol */
#define IPPROTO_ESP		IPPROTO_ESP
  IPPROTO_AH = 51,		/* Authentication Header protocol	*/
#define IPPROTO_AH		IPPROTO_AH
  IPPROTO_MTP = 92,		/* Multicast Transport Protocol		*/
#define IPPROTO_MTP		IPPROTO_MTP
  IPPROTO_BEETPH = 94,		/* IP option pseudo header for BEET	*/
#define IPPROTO_BEETPH		IPPROTO_BEETPH
  IPPROTO_ENCAP = 98,		/* Encapsulation Header			*/
#define IPPROTO_ENCAP		IPPROTO_ENCAP
  IPPROTO_PIM = 103,		/* Protocol Independent Multicast	*/
#define IPPROTO_PIM		IPPROTO_PIM
  IPPROTO_COMP = 108,		/* Compression Header Protocol		*/
#define IPPROTO_COMP		IPPROTO_COMP
  IPPROTO_SCTP = 132,		/* Stream Control Transport Protocol	*/
#define IPPROTO_SCTP		IPPROTO_SCTP
  IPPROTO_UDPLITE = 136,	/* UDP-Lite (RFC 3828)			*/
#define IPPROTO_UDPLITE		IPPROTO_UDPLITE
  IPPROTO_MPLS = 137,		/* MPLS in IP (RFC 4023)		*/
#define IPPROTO_MPLS		IPPROTO_MPLS
  IPPROTO_RAW = 255,		/* Raw IP packets			*/
#define IPPROTO_RAW		IPPROTO_RAW
  IPPROTO_MAX
};