第二章 套接字类型与协议设置

本章代码,在TCP-IP-NetworkNote中可以找到,直接点连接可能进不去。

本章仅需了解创建套接字时调用的 socket 函数。

2.1 套接字协议及数据传输特性

2.1.1 创建套接字

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
/*
成功时返回文件描述符,失败时返回-1
domain: 套接字中使用的协议族(Protocol Family)
type: 套接字数据传输的类型信息
protocol: 计算机间通信中使用的协议信息
*/

2.1.2 协议族(Protocol Family)

通过 socket 函数的第一个参数传递套接字中使用的协议分类信息。此协议分类信息称为协议族,可分成如下几类:

头文件 sys/socket.h 中声明的协议族
名称协议族
PF_INETIPV4 互联网协议族
PF_INET6IPV6 互联网协议族
PF_LOCAL本地通信 Unix 协议族
PF_PACKET底层套接字的协议族
PF_IPXIPX Novel 协议族

本书着重讲 PF_INET 对应的 IPV4 互联网协议族。其他协议并不常用,或并未普及。另外,套接字中采用的最终的协议信息是通过 socket 函数的第三个参数传递的。在指定的协议族范围内通过第一个参数决定第三个参数。

2.1.3 套接字类型(Type)

套接字类型指的是套接字的数据传输方式,是通过 socket 函数的第二个参数进行传递,只有这样才能决定创建的套接字的数据传输方式。已经通过第一个参数传递了协议族信息,为什么还要决定数据传输方式?问题就在于,决定了协议族并不能同时决定数据传输方式。换言之, socket 函数的第一个参数 PF_INET 协议族中也存在多种数据传输方式。

2.1.4 套接字类型1:面向连接的套接字(SOCK_STREAM)

如果 socket 函数的第二个参数传递SOCK_STREAM,将创建面向连接的套接字。

传输方式特征整理如下:

  • 传输过程中数据不会消失
  • 按序传输数据
  • 传输的数据不存在数据边界(Boundary)

这种情形适用于之前说过的 write 和 read 函数

传输数据的计算机通过调用3次 write 函数传递了 100 字节的数据,但是接受数据的计算机仅仅通过调用 1 次 read 函数调用就接受了全部 100 个字节。

收发数据的套接字内部有缓冲(buffer),简言之就是字节数组。只要不超过数组容量,那么数据填满缓冲后过 1 次 read 函数的调用就可以读取全部,也有可能调用多次来完成读取。

套接字缓冲已满是否意味着数据丢失?

答:缓冲并不总是满的。如果读取速度比数据传入过来的速度慢,则缓冲可能被填满,但是这时也不会丢失数据,因为传输套接字此时会停止数据传输,所以面向连接的套接字不会发生数据丢失。

套接字联机必须一一对应。面向连接的套接字可总结为:

可靠地、按序传递的、基于字节的面向连接的数据传输方式的套接字。

2.1.5 面向消息的套接字(SOCK_DGRAM)

如果 socket 函数的第二个参数传递SOCK_DGRAM,则将创建面向消息的套接字。面向消息的套接字可以比喻成高速移动的摩托车队。特点如下:

  • 强调快速传输而非传输有序
  • 传输的数据可能丢失也可能损毁
  • 传输的数据有边界
  • 限制每次传输数据的大小

面向消息的套接字比面向连接的套接字更具哟传输速度,但可能丢失。特点可总结为:

不可靠的、不按序传递的、以数据的高速传输为目的套接字。

2.1.6 协议的最终选择

socket 函数的第三个参数决定最终采用的协议。前面已经通过前两个参数传递了协议族信息和套接字数据传输方式,这些信息还不够吗?为什么要传输第三个参数呢?

可以应对同一协议族中存在的多个数据传输方式相同的协议,所以数据传输方式相同,但是协议不同,需要用第三个参数指定具体的协议信息。

本书用的是 Ipv4 的协议族,和面向连接的数据传输,满足这两个条件的协议只有 TPPROTO_TCP ,因此可以如下调用 socket 函数创建套接字,这种套接字称为 TCP 套接字。

int tcp_socket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);

SOCK_DGRAM 指的是面向消息的数据传输方式,满足上述条件的协议只有 TPPROTO_UDP 。这种套接字称为 UDP 套接字:

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

2.1.7 面向连接的套接字:TCP 套接字示例

需要对第一章的代码做出修改,修改好的代码如下:

编译:

gcc tcp_client.c -o hclient
gcc tcp_server.c -o hserver

运行:

./hserver 9190
./hclient 127.0.0.1 9190

结果:

Message from server : Hello World! 
Function read call count: 13

从运行结果可以看出服务端发送了13字节的数据,客户端调用13次 read 函数进行读取。

2.2 Windows 平台下的实现及验证

暂略

2.3 习题

  1. 什么是协议?在收发数据中定义协议有何意义?

    答:协议是对话中使用的通信规则,简言之,协议就是为了完成数据交换而定好的约定。在收发数据中定义协议,能够让计算机之间进行正确无误的对话,以此来交换数据。
  2. 面向连接的套接字 TCP 套接字传输特性有 3 点,请分别说明。

    答:①传输过程中数据不会消失②按序传输数据③传输的数据不存在数据边界(Boundary)
  3. 下面那些是面向消息的套接字的特性?

    • 传输数据可能丢失
    • 没有数据边界(Boundary)
    • 以快速传递为目标
    • 不限制每次传输数据大小
    • 与面向连接的套接字不同,不存在连接概念
  4. 下列数据适合用哪类套接字进行传输?

    • 演唱会现场直播的多媒体数据(UDP)
    • 某人压缩过的文本文件(TCP)
    • 网上银行用户与银行之间的数据传递(TCP)
  5. 何种类型的套接字不存在数据边界?这类套接字接收数据时应该注意什么?

    答:TCP 不存在数据边界。在接收数据时,需要保证在接收套接字的缓冲区填充满之时就从buffer里读取数据。也就是,在接收套接字内部,写入buffer的速度要小于读出buffer的速度。
最后修改:2019 年 01 月 18 日 11 : 28 AM
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