Linux下使用SOCKET编程接口实现C/S通信

董伟梁

摘要：套接字（SOCKET）的客户端/服务器（c/s）的通信模型，是基于TCP/IP协议的一种通信方式。本文结合c/s模型和SOCKET工作原理，阐述了socket原理以及如何实现Linux系统下的面向连接的socket通信。

关键字：SOCKET C/S Linux TCP/IP

引言

网络编程的特点就在于它从客户端和服务器两个方面出发，具有监听、请求和连接三个过程。Linux与Unix十分相似，它不仅网络功能非常强大，而且稳定性高，很适合运用到网络编程通信之中。SOCKET作为一种编程接口，在网络协议和应用程序的联系之中扮演者不可或缺的角色。

1 TCP/IP协议结构

TCP/IP协议由网络层IP协议和运输层TCP协议构成，是一种基本的网络协议。其中IP协议管理互联网设备的地址，TCP协议管理数据的传输。TCP/IP协议下，应用程序有两种编程接口，传输层接口（TLI）和套接字接口（SOCKET）。现如今，SOCKET接口已经成为普遍认可的编程接口形式。

2 SOCKET通信原理与模型

SOCKET中文名称套接字，是一种为适应TCP/IP程序开发而设计的一种接口形式。在一个具有两端的通信进程中，一个套接字只能描述其中一端，所以需要其他套接字来描述另一端。

SOCKET在用于网络通信时，取其几个本意中“插座”的意思。套接字就好比是固定电话机和电话线之间的插座，或者说是接口。电话接口对应着一个的电话号码，当乙使用电话机向甲寻求通话时，乙的电话机必须有一个确定的电话号码，同时他也要知道甲的电话号码。即至少在通信时双方各拥有一个固定的SOCKET。这时如果甲处于空闲状态，那么他可以选择接听乙的来电，双方之间的通话连接的得以建立。乙发出的信息是通过电话机处理后传向甲的，同时他收到的信息也是经过电话机接收和处理过的。整个过程总体如下：

（1）服务器和客户端分别建立SOCKET接口。

（2）服务器处于监听状态。客户端描述待连接服务器的SOCKET，发送连接请求。

（3）服务器作出相应，并返回端口号与SOCKET地址。连接建立。

在电话通话时，还存在一种特殊情况。在通话连接建立之后，是丙而不是甲接听电话，那么乙就需要请求甲接听电话。为了能够区分端口，每个SOCKET都会有一个由系统分配的唯一的端口号。在实际SOCKET通信时，服务器中有多个软件进程，当进程与一个端口相绑定后，系统就会把所要发给该进程的信息通过端口号定位到相应端口，再把信息准确无误地发给相应进程。

SOCKET是为客户端/服务器模型（C/S）而开发的。在这种模式下，客户端的SOCKET并不是一定的，好比乙可以使用不同的终端来呼叫甲。然而服务器的SOCKET是固定的，同时对网络中的每个客户端来说，它的SOCKET是已知的。

c/s模型是一种最基本的SOCKET模型，根据不同的发起方向，可以分为面向无连接形式和面向连接形式。UDP协议用于面向无连接的通信形式，该协议提供尽最大努力的服务，但却不具有一定的可靠性，只能通过超时报错和重传机制来维持数据传输的正确性，在网络连接状况良好时尚可，不能适应网络恶劣的环境。而面向连接的通信采用TCP协议，它虽然相比UDP协议要耗费更多的资源，但在一定程度上维持了传输的稳定性，比较能够以适应各种网络环境下的传输工作。

对于面向连接和面向无连接，套接字类型与之相对应分为以下两种形式：

（1）流式套接字（SOCKSTREAM）。

提供面向连接的传输服务。传输过程稳定性强，可靠性高，发生重复、丢失和损坏的坑能动性低，可以通过流量控制来把控传输，数据流服务对象多为连接上的应用。

（2）数据报套接口（SOCKDGARM）

提供面向无连接的传输服务。传输的数据以独立的形式被包装成数据包发送，可靠性较低，发生传输错误的概率较高。

3 Linux下的面向连接的SOCKET编程设计

面向连接的SOCKET即流式套接字，采用TCP协议。基本工作过程如图1所示。

服务器： （1）使用socket（）创建流式套接字。（2）通过bind（）函数把相应网络地址和套接字关联起来。（3）使用listen（）来监听发送到端口的请求。（4）用accept（）接受连接请求。无连接请求时，服务器进程处于停滞状态，继续等待客户端。（5）连接建立后，新的流式套接字便会生成，这个套接字会与客户端套接字关联，而原套接字继续处于监听状态。此时可通过read（）和write（）函数与客户端通信。（6）使用close（）可终止连接与服务。

客户端：（1）使用socket（）创建流式套接字。（2）通过connect（）发送连接服务器请求。（3）连接建立后，可用read（）和write（）函数与服务器通信。（4）使用close（）可终止连接与服务。

服务器和客户端程序编写完成后，使用Linux的程序编译工具GCC和程序调试工具GDB分别对两个程序进行处理。处理完成后，在两个终端内分别运行客户端程序和服务器程序，先令服务器处于监听状态，之后客户端发送文本数据，即可成功建立C/S連接。如图2所示。

4 结束语

套接字作为一种主要的编程接口形式，掌握它的编写和使用十分重要。由于套接字基于c/s通信模型，编程时需要编写服务器和客户端两部分程序，来实现主机之间的可靠通信。

参考文献

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[3]夏玲，王伟平，客户端与服务器端的Socket通信[J]，电脑知识与技术，2009，5（04）： 812813.