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Berkeley套接字 来自维基百科，自由的百科全书
互联网伯克利套接字，又称为BSD 套接字（英语：Internet Berkeley sockets，BSD sockets） ，是一种应用程序接口（API），用于网络套接字（ socket）与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。
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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。[来源请求]
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。
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：
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：
<sys/socket.h><netinet/in.h><sys/un.h><arpa/inet.h><netdb.h>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：
socket() 创建一个新的确定类型的套接字，类型用一个整型数值标识（文件描述符），并为它分配系统资源。bind() 一般用于服务器端，将一个套接字与一个套接字地址结构相关联，比如，一个指定的本地端口和IP地址。listen() 用于服务器端，使一个绑定的TCP套接字的tcp状态由CLOSE转至LISTEN；操作系统内核为此监听socket所对应的tcp服务器建立一个pending socket队列和一个established socket队列；参数backlog指定pending socket队列的长度，0表示长度可以无限大。pending socket，就是某客户端三次握手的syn包到达，内核为这个syn包对应的tcp请求生成一个socket（状态为SYN_RECV），但三次握手还没有完成时的socket。connect() 用于客户端，为一个套接字分配一个自由的本地端口号。 如果是TCP套接字的话，它会试图获得一个新的TCP连接。accept() 用于服务器端。 它接受一个从远端客户端发出的创建一个新的TCP连接的接入请求，创建一个新的套接字，与该连接相应的套接字地址相关联。send()和recv(),或者write()和read(),或者recvfrom()和sendto(), 用于往/从远程套接字发送和接受数据。close() 用于系统释放分配给一个套接字的资源。 如果是TCP，连接会被中断。gethostbyname()和gethostbyaddr() 用于解析主机名和地址。select() 用于修整有如下情况的套接字列表： 准备读，准备写或者是有错误。poll() 用于检查套接字的状态。 套接字可以被测试，看是否可以写入、读取或是有错误。getsockopt() 用于查询指定的套接字一个特定的套接字选项的当前值。setsockopt() 用于为指定的套接字设定一个特定的套接字选项。更多的细节如下给出。
socket() 为通讯创建一个端点，为套接字返回一个文件描述符。 socket() 有三个参数：
SOCK_STREAM （可靠的面向流服务或流套接字）SOCK_DGRAM （数据报文服务或者数据报文套接字）SOCK_SEQPACKET （可靠的连续数据包服务）SOCK_RAW (在网络层之上自行指定运输层协议头，即原始套接字)IPPROTO_TCP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_DCCP。这些协议都在<netinet/in.h>中有详细说明。 如果该项为“0”的话，即根据选定的domain和type选择使用缺省协议。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() 为一个套接字分配地址。当使用socket()创建套接字后，只赋予其所使用的协议，并未分配地址。在接受其它主机的连接前，必须先调用bind()为套接字分配一个地址。bind()有三个参数：
sockfd, 表示使用bind函数的套接字描述符my_addr, 指向sockaddr结构（用于表示所分配地址）的指针addrlen, 用socklen_t字段指定了sockaddr结构的长度如果发生错误，函数返回值为-1，否则为0。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
当socket和一个地址绑定之后，listen()函数会开始监听可能的连接请求。然而，这只能在有可靠数据流保证的时候使用，例如：数据类型(SOCK_STREAM, SOCK_SEQPACKET)。
listen()函数需要两个参数：
sockfd, 一个socket的描述符.backlog, 完成三次握手、等待accept的全连接的队列的最大长度上限。对于AF_INET类型的socket，全连接数量为：min(backlog, somaxconn)。当队列满时，新的全连接会返回错误。somaxconn默认为128.半连接队列的最大长度可通过sysctl函数设置tcp_max_syn_backlog，默认值为256。Linux Kernel 2.2之后，全连接队列与半连接队列分别叫做accept queue与syns queue。根据/proc/sys/net/ipv4/tcp_abort_on_overflow里的值为0表示如果三次握手第三步的时候全连接队列满了，那么server扔掉client发过来的ack，server过一段时间再次发送syn+ack给client（也就是重新走握手的第二步），如果client超时等待比较短，就很容易异常；tcp_abort_on_overflow为1表示第三次握手时如果全连接队列满了，server发送一个reset包给client，表示废掉这个握手过程和这个连接。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);
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 accept()函数初始化连接。 accept()为每个连接创立新的套接字并从监听队列中移除这个连接。它使用如下参数：
sockfd,监听的套接字描述符cliaddr, 指向sockaddr 结构体的指针，客户机地址信息。addrlen,指向 socklen_t的指针，确定客户机地址结构体的大小 。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()系统调用为一个套接字设置连接，参数有文件描述符和主机地址。
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);
int select (int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);
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()函数是用来解析主机名和地址的。可能会使用DNS服务或者本地主机上的其他解析机制（例如查询/etc/hosts）。返回一个指向 struct hostent的指针，这个结构体描述一个IP主机。函数使用如下参数：
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);
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:
int 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_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。
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
};
设置一个简单的TCP服务器涉及下列步骤：
fork(), each process must close the sockets it knew about (the kernel keeps track of how many processes have a descriptor open), and two processes should not use the same socket at once. /* 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()
建立一个客户机连接涉及以下步骤：
socket()建立套接字。connect()连接到服务器,类似服务器端的操作，将一个sin_family设为AF_INET,sin_port设为服务器的监听端口（依然要以网络字节序）,sin_addr设为服务器IP地址的（还是要用网络字节序）的sockaddr_in作为参数传入。send() 和 recv() 或者 write() 和 read()进行通信。close()终止连接。如果调用fork(), 每个进程都要用close()。 /* 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'))
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。
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)
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;
}
buffer指定要发送数据的指针, buffer_length指定缓存内容的大小。
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))
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