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Berkeley套接字
 互联网伯克利套接字，又稱為BSD 套接字（英語：Internet Berkeley sockets，BSD sockets） ，是一種应用程序接口（API），用於网络套接字（ socket）與Unix域套接字，包括了一个用C语言写成的应用程序开发库，主要用于实现进程间通讯，在计算机网络通讯方面被广泛使用。 Berkeley套接字（也作BSD套接字应用程序接口）刚开始是4.2BSD Unix操作系统（于1983发布）的一套应用程序接口。然而，由于AT&T的专利保护着UNIX，所以只有在1989年伯克利大学才能自由地发布自己的操作系统和网络库。 Berkeley套接字应用程序接口形成了事实上的网络套接字的标准精髓。 大多数其他的编程语言使用与这套用C语言写成的应用程序接口[1] 类似的接口。 这套应用程序接口也被用于Unix域套接字（Unix domain sockets），后者可以在单机上为进程间通讯（IPC）的接口。 这种基于流的传输层接口（TLI）为套接字应用程序接口提供了一种选择。 不过，最近[何时？]提供TLI应用程序接口的的系统同时也提供Berkeley套接字应用程序接口。[來源請求] Berkeley套接字接口Berkeley套接字接口，一个应用程序接口（API），使用一个Internet套接字的概念，使主机间或者一台计算机上的进程间可以通讯。 它可以在很多不同的输入/输出设备和驱动之上运行，尽管这有赖于操作系统的具体实现。 接口实现用于TCP/IP协议，因此它是维持Internet的基本技术之一。 它是由加利福尼亚的伯克利大学开发，最初用于Unix系统。 如今，所有的现代操作系统都有一些源于Berkeley套接字接口的实现，它已成为连接Internet的标准接口。 套接字接口的接入有三个不同的级别，最基础的也是最有效的就是raw socket级别接入。 很少的应用程序需要在外向通讯控制的这个级别接入，所以raw socket级别是只为了用于开发计算机Internet相关技术的。 最近几年，大多数的操作系统已经实现了对它的全方位支持，包括Windows XP。 使用Berkeley套接字的系统由于Berkeley套接字是第一个socket，大多数程序员很熟悉它们，所以大量系统把伯克利套接字作为其主要的网络API。一个不完整的列表如下：
头文件Berkeley套接字接口的定义在几个头文件中。这些文件的名字和内容与具体的实现之间有些许的不同。 大体上包括：
套接字API函数这个列表是一个Berkeley套接字API库提供的函数或者方法的概要：
更多的细节如下给出。 socket()
如果发生错误，函数返回值为-1。 否则，函数会返回一个代表新分配的描述符的整数。
int socket(int domain, int type, int protocol);
bind()
如果发生错误，函数返回值为-1，否则为0。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
listen()当socket和一个地址绑定之后， listen()函数需要两个参数：
一旦连接被接受，返回0表示成功，错误返回-1。 原型: int listen(int sockfd, int backlog);
accept()当应用程序监听来自其他主机的面对数据流的连接时，通过事件（比如Unix select()系统调用）通知它。必须用
返回新的套接字描述符，出错返回-1。进一步的通信必须通过这个套接字。 Datagram 套接字不要求用accept()处理，因为接收方可能用监听套接字立即处理这个请求。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
connect()
某些类型的套接字是无连接的，大多数是UDP协议。对于这些套接字，连接时这样的：默认发送和接收数据的主机由给定的地址确定，可以使用 send()和 recv()。 返回-1表示出错，0表示成功。
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);
select()int select (int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);
getsockname() 和 getpeername ()int getsockname (SOCKET s, struct sockaddr *name, int* namelen);
getsockname函数获取已绑定（可能是未调用bind的系统自动绑定）的套接口本地协议地址。 int getpeername (SOCKET s, struct sockaddr *name, int* namelen);
getpeername函数获得与指定套接口连接的远程信息（IP:PORT）。 gethostbyname() 和 gethostbyaddr()
出错返回NULL指针，可以通过检查 h_errno 来确定是临时错误还是未知主机。正确则返回一个有效的 struct hostent *。 这些函数并不是伯克利套接字严格的组成部分。这些函数可能是过时了，只能处理IPv4地址。在IPv6中，替代的新函数是 getaddrinfo() and getnameinfo(), 这些新函数是基于addrinfo数据结构。参考<Ws2tcpip.h>。
struct hostent *gethostbyname(const char *name);
struct hostent *gethostbyaddr(const void *addr, int len, int type);
setsockopt()int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);
setsockopt函数用来设置套接字选项。 参数：
在socket层, 有以下一些选项:
ioctlsocketint ioctlsocket(_In_ SOCKET s, _In_ long cmd, _Inout_ u_long *argp);
根据第二个参数的取值，设置socket I/O模式：
inet_pton与inet_ntopinet_pton与inet_ntop两个函数，在ASCII字符描述的IP地址与网络字节序的4字节IP地址之间转换。 字母"n"与"p"，分别是numerical与presentation的缩写。 协议和地址套接字API是Unix网络的通用接口，允许使用各种网络协议和地址。 下面列出了一些例子，在现在的 Linux 和 BSD 中一般都已经实现了。 PF_LOCAL, PF_UNIX, PF_FILE
Local to host (pipes and file-domain)
PF_INET IP protocol family
PF_AX25 Amateur Radio AX.25
PF_IPX Novell Internet Protocol
PF_APPLETALK Appletalk DDP
PF_NETROM Amateur radio NetROM
PF_BRIDGE Multiprotocol bridge
PF_ATMPVC ATM PVCs
PF_X25 Reserved for X.25 project
PF_INET6 IP version 6
PF_ROSE Amateur Radio X.25 PLP
PF_DECnet Reserved for DECnet project
PF_NETBEUI Reserved for 802.2LLC project
PF_SECURITY Security callback pseudo AF
PF_KEY PF_KEY key management API
PF_NETLINK, PF_ROUTE
routing API
PF_PACKET Packet family
PF_ASH Ash
PF_ECONET Acorn Econet
PF_ATMSVC ATM SVCs
PF_SNA Linux SNA Project
PF_IRDA IRDA sockets
PF_PPPOX PPPoX sockets
PF_WANPIPE Wanpipe API sockets
PF_BLUETOOTH Bluetooth sockets
socket的通用address描述结构sockaddr是一个16字节大小的结构（2+14），sa_family可以认为是socket address family的缩写。另外的14字节是用来描述地址。当指定sa_family=AF_INET之后，sa_data的形式也就被固定了下来：最前端的2字节用于记录16位的端口，紧接着的4字节用于记录32位的IP地址，最后的8字节清空为零。 struct sockaddr
{
unsigned short sa_family;
char sa_data[14];
};
struct sockaddr_in //means socket address internet
{
unsigned short sin_family; //sin means socket (address) internet
unsigned short sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
struct in_addr
{
unsigned long s_addr; // means source address
};
使用TCP的服务器客户机举例服务器设置一个简单的TCP服务器涉及下列步骤：
/* Server code in C */
#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 SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if(-1 == SocketFD)
{
perror("can not create socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
stSockAddr.sin_family = AF_INET;
stSockAddr.sin_port = htons(1100);
stSockAddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
if(-1 == bind(SocketFD,(const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in)))
{
perror("error bind failed");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
if(-1 == listen(SocketFD, 10))
{
perror("error listen failed");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
for(;;)
{
int ConnectFD = accept(SocketFD, NULL, NULL);
if(0 > ConnectFD)
{
perror("error accept failed");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* perform read write operations ... */
shutdown(ConnectFD, SHUT_RDWR);
close(ConnectFD);
}
close(SocketFD);
return 0;
}
Python实现： from socket import *
from time import ctime
HOST=''
PORT=1100
BUFSIZ=1024
ADDR=(HOST, PORT)
sock=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
sock.bind(ADDR)
sock.listen(5)
while True:
print('waiting for connection')
tcpClientSock, addr=sock.accept()
print('connect from ', addr)
while True:
try:
data=tcpClientSock.recv(BUFSIZ)
except:
print(e)
tcpClientSock.close()
break
if not data:
break
s='Hi,you send me :[%s] %s' %(ctime(), data.decode('utf8'))
tcpClientSock.send(s.encode('utf8'))
print([ctime()], ':', data.decode('utf8'))
tcpClientSock.close()
sock.close()
客户机建立一个客户机连接涉及以下步骤：
/* Client code in C */
#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 Res;
int SocketFD = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (-1 == SocketFD)
{
perror("cannot create socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&stSockAddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
stSockAddr.sin_family = AF_INET;
stSockAddr.sin_port = htons(1100);
Res = inet_pton(AF_INET, "192.168.1.3", &stSockAddr.sin_addr);
if (0 > Res)
{
perror("error: first parameter is not a valid address family");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
else if (0 == Res)
{
perror("char string (second parameter does not contain valid ipaddress");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
if (-1 == connect(SocketFD, (const struct sockaddr *)&stSockAddr, sizeof(struct sockaddr_in)))
{
perror("connect failed");
close(SocketFD);
exit(EXIT_FAILURE);
}
/* perform read write operations ... */
shutdown(SocketFD, SHUT_RDWR);
close(SocketFD);
return 0;
}
Python实现： from socket import *
HOST='192.168.1.3'
PORT=1100
BUFSIZ=1024
ADDR=(HOST, PORT)
client=socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
client.connect(ADDR)
while True:
data=input('>')
if not data:
break
client.send(data.encode('utf8'))
data=client.recv(self.BUFSIZ)
if not data:
break
print(data.decode('utf8'))
使用UDP的服务器客户机举例用户数据报协议（UDP）是一个不保证正确传输的无连接协议。 UDP数据包可能会乱序到达，多次到达或者直接丢失。但是设计的负载比TCP小。 UDP地址空间，也即是UDP端口，和TCP端口是没有关系的。 服务器Code may set up a UDP server on port 7654 as follows: #include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h> /* for close() for socket */
#include <stdlib.h>
int main(void)
{
int sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
struct sockaddr_in sa;
char buffer[1024];
ssize_t recsize;
socklen_t fromlen;
memset(&sa, 0, sizeof(sa));
sa.sin_family = AF_INET;
sa.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
sa.sin_port = htons(7654);
if (-1 == bind(sock,(struct sockaddr *)&sa, sizeof(struct sockaddr)))
{
perror("error bind failed");
close(sock);
exit(EXIT_FAILURE);
}
for (;;)
{
printf ("recv test....\n");
recsize = recvfrom(sock, (void *)buffer, 1024, 0, (struct sockaddr *)&sa, &fromlen);
if (recsize < 0)
fprintf(stderr, "%s\n", strerror(errno));
printf("recsize: %d\n ",recsize);
sleep(1);
printf("datagram: %s\n",buffer);
}
}
上面的无限循环用recvfrom()接收给UDP端口7654的数据包。使用如下参数：
同样功能的Python实现： import socket
port=7654
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
#从指定的端口，从任何发送者，接收UDP数据
s.bind(('',port))
print('正在等待接入...')
while True:
#接收一个数据
data,addr=s.recvfrom(1024)
print('Received:',data,'from',addr)
客户机用UDP数据包发送一个"Hello World!" 给地址127.0.0.1（回环地址），端口 7654 。 #include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h> /* for close() for socket */
int main(int argc, char *argv[])
{
int sock;
struct sockaddr_in sa;
int bytes_sent, buffer_length;
char buffer[200];
buffer_length = snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Hello World!");
sock = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
if (-1 == sock) /* if socket failed to initialize, exit */
{
printf("Error Creating Socket");
exit(EXIT_FAILURE);
}
memset(&sa, 0, sizeof(sa));
sa.sin_family = AF_INET;
sa.sin_addr.s_addr = htonl(0x7F000001);
sa.sin_port = htons(7654);
bytes_sent = sendto(sock, buffer, buffer_length, 0,(struct sockaddr*)&sa, sizeof (struct sockaddr_in));
if (bytes_sent < 0)
printf("Error sending packet: %s\n", strerror(errno));
close(sock); /* close the socket */
return 0;
}
同样功能的Python实现： import socket
port=7654
host='localhost'
s=socket.socket(socket.AF_INET,socket.SOCK_DGRAM)
s.sendto(b'Hello World!',(host,port))
参见参考资料The "de jure" standard definition of the Sockets interface is contained in the POSIX standard, known as:
Information about this standard and ongoing work on it is available from the Austin website（页面存档备份，存于互联网档案馆）. The IPv6 extensions to the base socket API are documented in RFC 3493 and RFC 3542. 外部連結
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