一、套接字协议及其数据传输特性

关于协议

如果相隔很远的两人想要展开对话，必须先决定对话方式。如果一方使用电话，那么另一方也只能使用电话，而不是书信。可以说，电话就是两人对话的协议。协议是对话中使用的通信规则，把上述概念拓展到计算机领域可整理为”计算机间对话必备通信规则“。

简言之，协议就是为了完成数据交换而定好的约定。

1.1 创建套接字

创建套接字的函数定义如下：

#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）信息
type：套接字数据传输类型信息
protocol：计算机间通信中使用的协议信息

1.2 协议族（Protocol Family）

套接字通信中协议有一些分类，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。这个协议分类信息称为协议族，可分成如下几类：

名称	协议族
PF_INET	IPv4互联网协议族
PF_INET6	IPv6互联网协议族
PF_LOCAL	本地通信的UNIX协议族
PF_PACKET	底层套接字的协议族
PF_IPX	IPX NovelⅡ协议族

其中PF_INET对应的IPv4互联网协议族最常用，其他协议族并不常用或者尚未普及。另外，套接字中实际采用的最终协议信息是通过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。

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，通过socket函数的第二个参数传递，只有这样才能决定创建的套接字的数据传输方式。我们已经通过第一个参数传递了协议族信息，但是问题在于，决定了协议族并不能同时决定数据传输方式，换言之，socket函数第一个参数PF_INET协议族中也存在多种数据传输方式。接下来一两种具有代表性的数据传输方式为例进行介绍

面向连接的套接字（SOCK_STREAM）

如果向socket函数的第二个参数传递SOCK_STREAM，将创建面向连接的套接字。面向连接的数据传输方式有如下的特点：

传输过程中数据不会丢失
按序传递数据
传输的数据不存在数据边界（Boundary）

不存在数据边界可以通过如下的例子进行理解：“传输数据的计算机通过3次调用write函数传递了100字节的数据，但接收数据的计算机仅通过1次read函数调用就接收了全部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。通过套接字传输的数据将保存到该数组。因此，收到数据并不意味着马上调用read函数。只要不超过数组容量，则有可能在数据填充满缓冲后通过1次read函数调用读取全部，也有可能分成多次read函数调用进行读取。也就是说，在面向连接的套接字中，read函数和write函数的调用次数并无太大意义。所以说面向连接的套接字不存在数据边界。

面向消息的套接字（SOCK_DGRAM）

如果向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。这种数据传输方式的特点总结如下：

强调快速传输而非传输顺序
传输的数据可能丢失也可能损毁
传输的数据有数据边界
限制每次传输的数据大小

面向消息的套接字比面向连接的套接字具有更快的传输速度，但无法避免数据丢失或损毁。另外，每次传输的数据大小具有一定限制，并存在数据边界。存在数据边界意味着接收数据的此时应和传输次数相同。

此外，面向消息的套接字不存在连接的概念。

1.4 协议的最终选择

接下来介绍下socket函数的第三个参数，该参数决定最终采用的协议。

其实传递前两个参数即可创建所需套接字，所以大部分情况下可以向第三个参数传递0，除非遇到这种情况：“同一协议族中存在多个数据传输方式相同的协议”

数据传输方式相同，但协议不同。此时需要通过第三个参数具体指定协议信息。

假设我们首先创建满足如下要求的套接字：

IPv4协议族中面向连接的套接字

参数PF_INET指IPv4网络协议族，SOCK_STREAM是面向连接的数据传输。满足这两个条件的协议只有IPPROTO_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,IPPROTOCO_TCP);

如果我们想创建满足如下要求的套接字：

IPv4协议族中面向消息的套接字

那么参数SOCK_DGRAM指的是面向消息的消息传输房市，满足上述条件的协议只有IPPROTO_UDP。因此，可以如下调用socket函数创建套接字，这种套接字称为UDP套接字：

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

1.5 面向连接的套接字：TCP套接字示例

这里给出面向连接的TCP套接字示例，目的是为了验证TCP套接字传输的数据不存在数据边界。

为验证这一点，需要让write函数的调用次数不同于read函数的调用次数。因此，在客户端中分多次调用read函数以接收服务器端发送的全部数据。

//tcp_client.c#include<stdio.h>void error_handling(char *message);int main(int argc,char *argv[]){int sock;struct sockaddr_in serv_addr;char message[30];int str_len=0;int idx=0, read_len=0;if(argc!=3){printf("Usage: %s <IP> <PORT>\n",argv[0]);exit(1);}//如果前两个参数传递PF_INET，SOCK_STREAM，则可以省略第三个参数IPPROTO_TCPsock=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sock==-1)error_handling("socket() error");memeset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));serv_addr.sin_family=AF_INET;serv_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[2]));if(connect(sock,struct sockaddr*)&serv_addr,sizeof(serv_addr))==-1)error_handling("connect() error!");//while循环中反复调用read函数，每次读取一个字节。如果read返回0，则跳出循环while(read_len=read(sock,&message[idx++],1)){if(read_len==-1)error_handling("read() error!");//执行该语句时，read_len的值始种为1，因此跳出循环后，str_len中存有读取的总字节数str_len+=read_len;}printf("Message from server: %s \n",message);printf("Function read call count: %d \n",str_len);close(sock);return 0;
}void error_handling(char *message){}

与该实例配套使用的服务器端tcp_server.c与hello_server.c完全相同，故省略其源代码。执行方式也与hello_server.c和hello_client.c相同，因此只给出最终运行结果：

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

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