Socket API简介

 

一.TCP的三次握手

建立一个TCP连接会发生下述情形：

（1）      服务器必须准备好接受外来的连接，这通常通过调用socket、bind和listen这三个函数来完成，我们称之为被动打开（passtive open）

（2）      客户通过调用connect发起主动打开（active open）。这导致客户TCP发送一个SYN（同步）分节，它告诉服务器客户将在（待建立）连接中发送的数据的初始序列号（J），通常SYN分节不带数据，其所在的IP数据报只含有一个IP首部，一个TCP首部及可能有的TCP选项

（3）      服务器必须确认（ACK）客户的SYN，同时自己也得发一个SYN分节，它含有服务器将在同一连接中发送的数据的初始序列号（K），服务器在单个分节中发送SYN和对客户SYN的ACK（确认）

（4）      客户必须确认服务器的SYN

这种交换至少需要三个分组，因此称之为TCP的三次握手.1>客户端发SYN J到服务器2>服务器发SYN K， ACK J+1到客户端3>客户端回ACK K+1到服务器，第2>步服务器既要确定(ACK)它收到了客户端的消息，又要发一个SYN询问客户端是否准备好进行数据通讯了，两部分做一个发送.(个人理解)，ACK带的总是对方序号+1

二 .socket函数

   SOCKET socket(

              IN int af,//指明了协议族

              IN int type,

              IN int protocol

              );

返回值:成功返回非负的描述符（sockfd），失败返回INVALID_SOCKET，如失败可以通过WSAGetLastError得到指定的错误码.

af:指明了协议族

family	说明
AF_INET	IPv4协议
AF_INET6	IPv6协议
AF_LOCAL	Unix域协议
AF_ROUTE	路由套接字
AF_KEY	密钥套接字

TCP/UDP一般使用AF_INET就行了，尝试了下其他协议族，在TCP/UDP下，

AF_INET6返回10047（使用了与请求的协议不兼容的地址）

Type:套接字类型

type	说明
SOCK_STREAM	字节流套接字
SOCK_DGRAM	数据报套接字
SOCK_SEQPACKET	有序分组套接字
SOCK_RAW	原始套接字

TCP是一个字节流协方，仅支持SOCK_STREAM套接字

UDP仅支持SOCK_DGRAM套接字

Protocol:

protocol	说明
IPPROTO_TCP	TCP传输协议
IPPORTO_UDP	UDP传输协议
IPPORTO_SCTP	SCTP传输协议

如果指定为0，系统会根据地址格式和套接字类别，自动选择一个合适的协议，推荐这种方法。

三. SOCKADDR_IN和bind函数

 struct sockaddr_in {

          short   sin_family;    

          USHORT  sin_port;

          IN_ADDR sin_addr;

          CHAR    sin_zero[8];

       } SOCKADDR_IN;

 

MSDN解释说此结构用于IPv4，

sin_family：AF_INET(IPv4协议族)

sin_port：将要分配给套接字的端口

in_addr：套接字主机的IP地址,设为INADDR_ANY表示通配地址,因为IPv4的IP地址是一个32位的值，所以可以直接用htonl(INADDR_ANY)赋值

通配地址应该是指任何分配给主机的IP地址，一般每个机器只有一个IP地址，但有的机器可能会有多个网卡，每个网卡都可以有自己的IP地址。

创建套接字后，需bind把该套接字绑定到本地的某个地址和端口上

int bind(

        SOCKET s,

        const struct sockaddr FAR * name,

        int namelen

       );

 

返回值:成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR，通过WSAGetLastError得到指定的错误码.常见错误为EADDRINUSE(地址已使用)

Name：指向特定于协议的地址结构的指针,基于TCP，IPv4可以用SOCKADDR_IN代替，IPv6可以用SOCKADDR_IN6代替

Namelen：name的长度

 

对于TCP，调用bind可以指定一个端口号或指定一个IP地址，可都指定，可指定其中一个，可全都不指定

如果一个TCP客户或服务器未曾调用bind捆绑端口，当调用connect或listen时，内核就要为相应的套接字选择一个临时端口，让内核选择临时端口对TCP客户是正常的，然而对服务器是罕见的，因为服务器是通过它们的众所周知的端口被大家认识的。

如果绑定一个特定IP地址，这个IP地址必须属于其所在主机的网络接口之一，对于TCP客户端，这就为在该套接字上发送的IP数据报指定了源IP地址，对于TCP服务器，这就限定该套接字只接收那个目的地址为这个IP地址的客户连接，所以，TCP客户通常不捆绑IP地址，当连接套接字时，内核将根据所用的外出网络接口自动选择源IP地址，所用的外出网络接口取决于到达服务器所需的路径，如果TCP服务器没有捆绑IP地址，内核就把客户发送的SYN的目的IP做为服务器的源IP地址。(getsockname可以获取来自客户的目的地址)

 

只需指定端口号为0，那么内核就在bind被调用时选择一个临时端口，如果指定IP地址为通配地址，那么内核将在套接字已连接（TCP）或已在套接字上发出数据报(UDP)时才选择一个IP地址.

四．Listen函数

int listen(

     SOCKET s,

     int backlog

    );

 

返回值: 成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR

MSDN说它把套接字置于一种监听即将到来的连接的状态

Listen函数仅由TCP服务器调用，它做两件事：

（1）  当socket函数创建一个套接字时，它被假设为一个主动套接字，也就是说，它是一个将调用connect发起连接的客户套接字，listen函数据一个未连接的套接字转换成一个被动套接字，指示内核应接收指向该套接字的连接请求，设用listen导致套接字从CLOSED状态转换成LISTEN状态

（2）  Backlog规定了内核应该为相应套接字排队的最大连接个数

 

内核为任何一个给定的监听套接字维护两个队列：

（1）未完成连接队列,队列元素为某个客户发出的SYN分节到达服务器，而服务器正在等待完成相应的TCP三次握手过程，这些套接字处于SYN_RCVD状态

（2）已完成连接队列，队列元素为某个已完成TCP三次握手过程的客户，这些套接字处理ESTABLISHED状态。

必须满足：未完成连接队列+已完成连接队列<=Backlog(Berkeley给它设了个模糊因子，所以也可能是Backlog*1.5)

队列形成过程：当来自客户的SYN到达时，TCP在未完成连接队列是创建一个新项，然后响应第二次握手，也就是服务器发SYN K， ACK J+1(见上面的TCP三次握手),这一项一直保留在未完成连接队列中，直到第三次握手到达或超时为止，如果三次握手正常完成，该项被移到已完成队列的队尾，当进程调用accept时，已完成连接队列中的队头项将返回给进程，如果该队列为空，那么进程进入等待，直到TCP在该队列中放入一项才唤醒它

历史上Backlog总是设为5，因为这是4..2BSD支持的最大值，现在可以设定较大的值了，因为就算内核不支持这么大，它也会悄悄的把这个值截成自身能支持的最大值。

当一个客户SYN到达时，若这些队列是满的，TCP就直接忽略该分节（也就是不发RST），因为客户TCP将重发SYN，期望不久能在这些队列中找到可用空间

对RST google了下:

RST：（Reset the connection）用于复位因某种原因引起出现的错误连接，也用来拒绝非法数据和请求。如果接收到RST位时候，通常发生了某些错误：

（1）   建立连接的SYN到达某端口，但是该端口上没有正在监听的服务

（2）       TCP想取消一个已有连接

（3）       TCP接收到了一个根本不存在的的连接上的分节

可使用RST攻击

可使用SYN flooding发起攻击，通过伪装的SYN装填未完成连接队列，使合法的SYN排不上队，从而导致针对合法客户的服务被拒绝.

五．accpet函数

    SOCKET accept(

       SOCKET s,

       struct sockaddr FAR * addr,

       int FAR * addrlen

       );

 

返回值：成功返回非负描述符，失败返回INVALID_SOCKET

Accpet函数由TCP服务器调用，用于从已完成连接队列队头返回下一个已完成连接，如果已完成连接为空，那么进程处于等待状态（假定套接字为阻塞方式）

addr:是out型的，用来返回已连接的对端进程（客户）的协议地址，

addrlen：调用前，置为Addr所指的套接字地址结构的长度，返回时，该整数值即为由内核存放在该套接字地址结构内的确切字节数

accept的第一个参数为监听套接字，而如果成功，返回值为一个已连接套接字，一个服务器通常仅创建一个监听套接字，它在该服务器的生命期一直存在，内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建一个已连接套接字（也就是通过了TCP三次握手的客户），当服务器完成对某个给定客户的服务时，相应的已连接套接字就被关闭了（手动调用closesocket关掉已处理完的已连接套接字）

六.recvfrom和sendto函数

UDP套接字状态下，客户不与服务器建立连接，只管sendto向服务器发送数据，其中必须指定目的地，同样，服务器不接受来自客户的连接，而只管调用recvfrom等待某个客户的数据的到来，recvfrom将与所接收的数据报一同返回客户的协议地址，因此服务器可以把响应发给正确的客户。

int recvfrom(

    SOCKET s,

    char FAR* buf,

    int len,

    int flags,

    struct sockaddr FAR* from,

    int FAR* fromlen

    );

 

返回值:成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR

类似read函数，不过多了三个额外的参数

S:准备接收数据的套接字

buf:读入缓冲区的指针

len: buf的大小

flags:一般置为0

from：接收发送方（客户）的地址信息

fromlen：调用前，置为from所指的套接字地址结构的长度，返回时，该整数值即为由内核存放在该套接字地址结构内的确切字节数

七．getsockopt和setsockopt

(参看UNIX网络编程第7章)

int setsockopt(

     SOCKET s,

     int level,

     int optname,

     const char * optval,

     int optlen

    );

int getsockopt(

     SOCKET s,

     int level,

     int optname,

     char  * optval,

     int  * optlen

    );

 

返回值:成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR

s:被查询或被设置的套接字

level：，如果想要在套接字级别上设置选项，就必须把level设置为 SOL_SOCKET

SOL_SOCKET	套接字层
IPPROTO_IP	IPV4层
IPPROTO_ICMPV6
IPPROTO_IPV6	IPV6层
IPPROTO_IP/IPPROTO_IPV6
IPPROTO_TCP	TCP层
IPPROTO_SCTP	SCTP层

optname: 参看UNIX网络编程第7章，自己程序用到了SO_BROADCAST设置

套接字选项分为两大类：

（1）    启用或禁止某个特性的二元选项（标志选项）

（2）    取得并返回我们可以设置或检查的特定值的选项

调用getsockopt时，optval是一个整数，它返回的值为0表示相应的选项被禁止了，不为0表示相应选项被启用，类似的，setsockopt函数需要一个不为0的optval来启用选项，一个为0的optval来禁止选项.