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_INET	IPV4 互联网协议族
PF_INET6	IPV6 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_IPX	IPX 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。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？
比如： socket 函数的第一个参数 PF_INET 协议族中就存在多种数据传输方式。

2.1.4 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
传输的数据不存在消息边界（Boundary）

什么是消息边界？
比如，客户与服务端都是256B的缓冲区，客户分别发出32B和64B的包，在服务端并不是96B的一个包，而是32B和64B的两个包，这就是边界消息，即消息是有边界的，如UDP就是基于消息的协议，而流式的如TCP发送时是将32B+64B=96B的一个包发出，另一边(peer)收到的也是96B的包，是一种无边界的。

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：
server

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
void error_handling(char *message);
int main(int argc, char *argv[])
{
    int serv_sock;
    int clnt_sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size;
    char message[] = "Hello World!";
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    //调用 socket 函数创建套接字
    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (serv_sock == -1)
        error_handling("socket() error");
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    //调用 bind 函数分配ip地址和端口号
    if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
        error_handling("bind() error");
    //调用 listen 函数将套接字转为可接受连接状态
    if (listen(serv_sock, 5) == -1)
        error_handling("listen() error");
    clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    //调用 accept 函数受理连接请求。
    //如果在没有连接请求的情况下调用该函数，则不会返回，直到有连接请求为止
    clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
    if (clnt_sock == -1)
        error_handling("accept() error");
    //稍后要将介绍的 write 函数用于传输数据
    //若程序经过 accept 这一行执行到本行，则说明已经有了连接请求
    write(clnt_sock, message, sizeof(message));
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

client

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.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);
    }
    //若前两个参数使用PF_INET 和 SOCK_STREAM，则可以省略第三个参数 IPPROTO_TCP
    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1)
        error_handling("socket() error");
    memset(&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]));
    //调用 connect 函数向服务器发送连接请求
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
        error_handling("connect() error!");
    //当read函数返回0的时候条件为假，跳出循环。
    while (read_len = read(sock, &message[idx++], 1))
    {
        if (read_len == -1)
            error_handling("read() error!");
        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)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

2.3 习题

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。
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）
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
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）
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。

计算机网络

C02 套接字类型与协议设置