Сокеты Беркли

socket() создаёт конечную точку соединения и возвращает дескриптор. socket() принимает три аргумента:

• domain, указывающий семейство протоколов создаваемого сокета. Этот параметр задает правила использования именования и формат адреса. Например:
  • PF_INET для сетевого протокола IPv4 или
  • PF_INET6 для IPv6.
  • PF_UNIX для локальных сокетов (используя файл).
• type (тип) один из:
  • SOCK_STREAM надёжная потокоориентированная служба (TCP) (сервис) или потоковый сокет
  • SOCK_DGRAM служба датаграмм (UDP) или датаграммный сокет
  • SOCK_SEQPACKET надёжная служба последовательных пакетов
  • SOCK_RAW Сырой сокет — сырой протокол поверх сетевого уровня.
• protocol определяет используемый транспортный протокол. Самые распространённые — это IPPROTO_TCP, IPPROTO_SCTP, IPPROTO_UDP, IPPROTO_DCCP. Эти протоколы указаны в <netinet/in.h>. Значение «0» может быть использовано для выбора протокола по умолчанию из указанного семейства (domain) и типа (type).

Функция возвращает −1 в случае ошибки. Иначе, она возвращает целое число, представляющее присвоенный дескриптор.

Функции gethostbyname() и gethostbyaddr() возвращают указатель на объект типа struct hostent, описывающий интернет-узел по имени или по адресу, соответственно. Эта структура содержит или информацию, полученную от сервера имен или произвольные поля из строки в /etc/hosts. Если локальный сервер имен не запущен, то эти подпрограммы просматривают /etc/hosts. Функции принимают следующие аргументы:

• name, определяющий имя хоста. Например: www.wikipedia.org
• addr, определяющий указатель на struct in_addr, содержащую адрес хоста.
• len, определяющий длину в байтах addr.
• type, определяющий тип области адресов хоста. Например: PF_INET

Функции возвращают NULL-указатель в случае ошибки. В этом случае может быть проверена дополнительная целая h_errno для выявления ошибки или неправильного или неизвестного хоста. В противном случае возвращается корректная struct hostent *.

connect() Устанавливает соединение с сервером. Возвращает целое число, представляющее код ошибки: 0 означает успешное выполнение, а −1 свидетельствует об ошибке.

Некоторые типы сокетов работают без установления соединения, это в основном касается UDP-сокетов. Для них соединение приобретает особое значение: цель по умолчанию для посылки и получения данных присваивается переданному адресу, позволяя использовать такие функции как send() и recv() на сокетах без установления соединения.

Загруженный сервер может отвергнуть попытку соединения, поэтому в некоторых видах программ необходимо предусмотреть повторные попытки соединения.

bind() связывает сокет с конкретным адресом. Когда сокет создается при помощи socket(), он ассоциируется с некоторым семейством адресов, но не с конкретным адресом. До того как сокет сможет принять входящие соединения, он должен быть связан с адресом. bind() принимает три аргумента:

• sockfd — дескриптор, представляющий сокет при привязке
• serv_addr — указатель на структуру sockaddr, представляющую адрес, к которому привязываем.
• addrlen — поле socklen_t, представляющее длину структуры sockaddr.

Возвращает 0 при успехе и −1 при возникновении ошибки.

listen() подготавливает привязываемый сокет к принятию входящих соединений (так называемое «прослушивание»). Данная функция применима только к типам сокетов SOCK_STREAM и SOCK_SEQPACKET. Принимает два аргумента:

• sockfd — корректный дескриптор сокета.
• backlog — целое число, означающее число установленных соединений, которые могут быть обработаны в любой момент времени. Операционная система обычно ставит его равным максимальному значению.

После принятия соединения оно выводится из очереди. В случае успеха возвращается 0, в случае возникновения ошибки возвращается −1.

accept() используется для принятия запроса на установление соединения от удаленного хоста. Принимает следующие аргументы:

• sockfd — дескриптор слушающего сокета на принятие соединения.
• cliaddr — указатель на структуру sockaddr, для принятия информации об адресе клиента.
• addrlen — указатель на socklen_t, определяющее размер структуры, содержащей клиентский адрес и переданной в accept(). Когда accept() возвращает некоторое значение, socklen_t указывает сколько байт структуры cliaddr использовано в данный момент.

Функция возвращает дескриптор сокета, связанный с принятым соединением, или −1 в случае возникновения ошибки.

Создание простейшего TCP-сервера состоит из следующих шагов:

• Создание TCP-сокетов вызовом функции socket().
• Привязывание сокета к прослушиваемому порту вызовом функции bind(). Перед вызовом bind() программист должен объявить структуру sockaddr_in, очистить её (при помощи memset()), затем sin_family (PF_INET или PF_INET6) и заполнить поля sin_port (прослушиваемый порт, указать в виде последовательности байтов). Преобразование short int в порядок байтов может быть выполнено при помощи вызова функции htons() (сокращение от «от хоста в сеть»).
• Подготовка сокета к прослушиванию на предмет соединений (создание прослушиваемого сокета) при помощи вызова listen().
• Принятие входящих соединений через вызов accept(). Это блокирует сокет до получения входящего соединения, после чего возвращает дескриптор сокета для принятого соединения. Первоначальный дескриптор остаётся прослушиваемым дескриптором, а accept() может быть вызван вновь для этого сокета в любое время (пока он открыт).
• Соединение с удаленным хостом, которое может быть создано при помощи send() и recv() или write() и read().
• Итоговое закрытие каждого открытого сокета, который больше не нужен, происходит при помощи close(). Необходимо отметить, что если были любые вызовы fork(), то каждый процесс должен закрыть известные ему сокеты (ядро отслеживает количество процессов, имеющих открытый дескриптор), а кроме того, два процесса не должны использовать один и тот же сокет в одно время.

/* Код сервера на языке Си */

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define port	1100

int main(void) {
	struct sockaddr_in stSockAddr;
	int i32SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

	if (i32SocketFD == -1) {
		perror("ошибка при создании сокета");
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	memset(&stSockAddr, 0, sizeof (stSockAddr));

	stSockAddr.sin_family = PF_INET;
	stSockAddr.sin_port = htons(port);
	stSockAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

	if (bind(i32SocketFD, (struct sockaddr*) &stSockAddr, sizeof (stSockAddr)) == -1) {
		perror("Ошибка: связывания");

		close(i32SocketFD);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	if (listen(i32SocketFD, 10) == -1) {
		perror("Ошибка: прослушивания");

		close(i32SocketFD);
		exit(EXIT_FAILURE);
	}

	for (;;) {
		int i32ConnectFD = accept(i32SocketFD, 0, 0);

		if (i32ConnectFD < 0) {
			perror("Ошибка: принятия");
			close(i32SocketFD);
			exit(EXIT_FAILURE);
		}

		/* выполнение операций чтения и записи ... */

		shutdown(i32ConnectFD, SHUT_RDWR);

		close(i32ConnectFD);
	}

	return 0;
}

Создание TCP-клиента происходит следующим образом:

• Создание TCP-сокета вызовом socket().
• Соединение с сервером при помощи connect(), передача структуры sockaddr_in с sin_family с указанными PF_INET или PF_INET6, sin_port для указания порта прослушивания (в байтовом порядке), и sin_addr для указания IPv4 или IPv6 адреса прослушиваемого сервера (также в байтовом порядке).
• Взаимодействие с сервером при помощи send() и recv() или write() и read().
• Завершение соединения и сброс информации при вызове close(). Аналогично, если были какие-либо вызовы fork(), каждый процесс должен закрыть (close()) сокет.

/* Код клиента на языке Си */

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
	struct sockaddr_in stSockAddr;
	int i32Res;
	int i32SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

	if (i32SocketFD == -1) {
		perror("Ошибка: невозможно создать сокет");
		return EXIT_FAILURE;
	}

	memset(&stSockAddr, 0, sizeof (stSockAddr));

	stSockAddr.sin_family = PF_INET;
	stSockAddr.sin_port = htons(1100);
	i32Res = inet_pton(PF_INET, "192.168.1.3", &stSockAddr.sin_addr);

	if (i32Res < 0) {
		perror("Ошибка: первый параметр не относится к категории корректных адресов");
		close(i32SocketFD);
		return EXIT_FAILURE;
	} else if (!i32Res) {
		perror("Ошибка: второй параметр не содержит корректного IP-адреса");
		close(i32SocketFD);
		return EXIT_FAILURE;
	}

	if (connect(i32SocketFD, (struct sockaddr*) &stSockAddr, sizeof (stSockAddr)) == -1) {
		perror("Ошибка: соединения");
		close(i32SocketFD);
		return EXIT_FAILURE;
	}

	/* выполнение операций чтения и записи ... */

	shutdown(i32SocketFD, SHUT_RDWR);

	close(i32SocketFD);
	return 0;
}

Код может создавать UDP-сервер на порту 7654 следующим образом:

int sock = socket( PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP );

struct sockaddr_in sa;
int bound;
ssize_t recsize;
socklen_t *address_len=NULL;

sa.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
sa.sin_port = htons( 7654 );

bound = bind( sock, ( struct sockaddr* )&sa, sizeof( struct sockaddr ) );

if ( bound < 0 )
  fprintf( stderr, "bind(): ошибка %s\n", strerror( errno ) );

bind() связывает сокет с парой адрес/порт.

while( 1 )
  {
    printf( "recv test....\n" );
    recsize = recvfrom( sock, ( void* )Hz, 100, 0, ( struct sockaddr* )&sa, address_len );

    if ( recsize < 0 )
      fprintf( stderr, "Ошибка %s\n", strerror( errno ) );

    printf( "recsize: %d\n ", recsize );
    sleep( 1 );
    printf( "datagram: %s\n", Hz );
  }

Такой бесконечный цикл получает все UDP-датаграммы, приходящие на порт 7654, при помощи recvfrom(). Функция использует параметры:

• сокет,
• указатель на буфер данных,
• размер буфера,
• флаги (аналогично при чтении или других сокетных функциях получения),
• адресная структура отправителя,
• длина адресной структуры отправителя.

Простейшая демонстрация отправки UDP-пакета, содержащего «Привет!» на адрес 127.0.0.1, порт 7654, выглядит примерно так:

#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h> /* для вызова close() для сокета */

int main( void )
  {
    int sock;
    struct sockaddr_in sa;
    int bytes_sent;
    const char* buffer = "Привет!";
    int buffer_length;

    buffer_length = strlen( buffer ) + 1;

    sock = socket( PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP );

    if ( sock == -1 )
      {
         printf("Ошибка создания сокета");
         return 0;
      }

    sa.sin_family = PF_INET;
    sa.sin_addr.s_addr = htonl( 0x7F000001 );
    sa.sin_port = htons( 7654 );

    bytes_sent =
      sendto(
        sock,
        buffer,
        strlen( buffer ) + 1,
        0,
        ( struct sockaddr* )&sa,
        sizeof( struct sockaddr_in )
      );

    if ( bytes_sent < 0 )
      printf( "Ошибка отправки пакета: %s\n", strerror( errno ) );

    close( sock );
    return 0;
  }