套接字和地址

socket

在一个典型的客户端/服务器场景中，应用程序使用 socket 进行通信的方式如下：

• 各个应用程序创建一个 socket，socket 是一个允许通信的 "设备"，两个应用程序都要用到它
• 服务器将自己的 socket 绑定到一个众所周知的地址上使得客户端能够定位到它的位置

套接字地址格式

在使用套接字时，首先要解决通信双方寻址的问题。我们需要套接字的地址建立连接。

通用套接字地址格式

sockaddr 是一个通用的地址结构，通用的意思是适用于多种地址族。这个类型的唯一用途是将各种特定的地址结构转换成单个类型以供 socket 系统调用使用。

/* POSIX.1g 规范规定了地址族为2字节的值.  */
typedef unsigned short int sa_family_t;
/* 描述通用套接字地址  */
struct sockaddr{
    sa_family_t sa_family;  /* 地址族.  16-bit*/
    char sa_data[14];   /* 具体的地址值 112-bit */
  }; 

sa_family 是地址族，它表示使用什么样的方式对地址进行解释和保存：

• AF_LOCAL：表示的是本地地址，对应的是 Unix 套接字，这种情况一般用于本地 socket 通信，很多情况下也可以写成 AF_UNIX、AF_FILE
• AF_INET：因特网使用的 IPv4 地址
• AF_INET6：因特网使用的 IPv6 地址

AF_ 表示的含义是 Address Family，但是很多情况下，我们也会看到以 PF_ 表示的宏，意思是 Protocol Family，也就是协议族的意思。<sys/socket.h> 头文件中可以清晰地看到，这两个值本身就是一一对应的：

/* 各种地址族的宏定义  */
#define AF_UNSPEC PF_UNSPEC
#define AF_LOCAL  PF_LOCAL
#define AF_UNIX   PF_UNIX
#define AF_FILE   PF_FILE
#define AF_INET   PF_INET
#define AF_AX25   PF_AX25
#define AF_IPX    PF_IPX
#define AF_APPLETALK  PF_APPLETALK
#define AF_NETROM PF_NETROM
#define AF_BRIDGE PF_BRIDGE
#define AF_ATMPVC PF_ATMPVC
#define AF_X25    PF_X25
#define AF_INET6  PF_INET6

IPv4 套接字格式地址

/* IPV4套接字地址，32bit值.  */
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
  {
    in_addr_t s_addr;
  };
  
/* 描述IPV4的套接字地址格式  */
struct sockaddr_in
  {
    sa_family_t sin_family; /* 16-bit */
    in_port_t sin_port;     /* 端口口  16-bit*/
    struct in_addr sin_addr;    /* Internet address. 32-bit */


    /* 这里仅仅用作占位符，不做实际用处  */
    unsigned char sin_zero[8];
  };

IPv4 地址是一个32-bit的字段，可以想象最多支持的地址数就是 2 的 32 次方，大约是 42 亿。

端口号最多是16-bit，也就是说最大支持 2 的 16 次方，所以我们应该知道支持寻址的端口号最多就是65535。

IPv6 套接字地址格式

struct sockaddr_in6
{
    sa_family_t sin6_family; /* 16-bit */
    in_port_t sin6_port;  /* 传输端口号 # 16-bit */
    uint32_t sin6_flowinfo; /* IPv6流控信息 32-bit*/
    struct in6_addr sin6_addr;  /* IPv6地址128-bit */
    uint32_t sin6_scope_id; /* IPv6域ID 32-bit */
};

本地套接字格式

以上无论 IPv4 还是 IPv6 的地址格式都是因特网套接字的格式，还有一种本地套接字格式，也就是前面提到的 AF_LOCAL。

struct sockaddr_un {
    unsigned short sun_family; /* 固定为 AF_LOCAL */
    char sun_path[108];   /* 路径名 */
};

几种套接字地址格式比较

IPv4 和 IPv6 套接字地址结构的长度是固定的，而本地地址结构的长度是可变的：