Socket(套接字）

山上三树2026-03-15 17:08

Socket（套接字）是网络通信的核心接口，本质是操作系统提供的、用于进程间网络通信的"文件描述符 "（类Unix）或"句柄"（Windows）。根据通信类型，Socket主要分为流式Socket（TCP） 、数据报Socket（UDP）和原始Socket，其中TCP/UDP是最常用的两类。

下面分核心函数 、参数详解 、返回值与功能 、使用流程四部分，详细介绍Socket的关键接口（以C语言为例，跨语言逻辑一致）。

一、Socket核心函数总览

网络通信的核心流程分为创建Socket、绑定地址、监听/连接、收发数据、关闭Socket，对应核心函数如下：

  1. socket() ：创建Socket文件描述符
  2. bind() ：绑定IP地址和端口号
  3. listen() ：TCP服务端监听连接（仅TCP）
  4. accept() ：TCP服务端接受客户端连接（仅TCP）
  5. connect() ：TCP客户端连接服务端（仅TCP）
  6. send() / sendto() ：发送数据
  7. recv() / recvfrom() ：接收数据
  8. close() / closesocket() ：关闭Socket
二、核心函数参数、返回值与功能详解

1. socket()：创建Socket

函数原型

c 复制代码 
  
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

参数说明

参数 取值/含义 核心作用
协议族（domain） • AF_INET：IPv4协议• AF_INET6：IPv6协议• AF_UNIX：本地进程通信 指定Socket的通信域，决定地址格式（如IPv4用 struct sockaddr_in）
Socket类型（type） • SOCK_STREAM：流式Socket（TCP，面向连接、可靠）• SOCK_DGRAM：数据报Socket（UDP，无连接、不可靠）• SOCK_RAW：原始Socket（需管理员权限） 决定数据传输方式：TCP用流传输，UDP用数据报传输
协议类型（protocol） 通常填 0（自动匹配）：• IPPROTO_TCP：TCP协议• IPPROTO_UDP：UDP协议 指定具体传输协议，填 0 时内核自动匹配（如 AF_INET + SOCK_STREAM → IPPROTO_TCP）

返回值与功能

  • 成功 ：返回非负整数（Socket文件描述符，后续所有操作都用这个值）；
  • 失败：返回 -1 ，并设置全局变量 errno （错误码，可通过 perror() 打印错误信息）。
  • 功能：创建一个用于网络通信的Socket实例，分配内核资源（缓冲区、协议控制块等）。

2. bind()：绑定地址与端口

函数原型

c 复制代码 
  
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数说明

参数 含义 核心作用
sockfd socket() 返回的文件描述符 指定要绑定的Socket
addr 地址结构体指针，需强制转换：• IPv4用 struct sockaddr_in *• 通用类型为 struct sockaddr * 存储要绑定的IP地址和端口号
addrlen 地址结构体的长度（如 sizeof(struct sockaddr_in)） 告诉内核地址结构体的大小，避免越界

关键地址结构体（以IPv4为例）：

c 复制代码 
  
struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family;     // 协议族（AF_INET）
    in_port_t sin_port;         // 端口号（网络字节序，用htons()转换）
    struct in_addr sin_addr;     // IP地址
};
struct in_addr {
    uint32_t s_addr;            // IP地址（网络字节序，用inet_addr()转换）
};
  • 端口号范围： 0~65535 ， 0~1023 为知名端口（需管理员权限），建议用 1024~49151 的动态端口；
  • IP地址： INADDR_ANY （表示绑定本机所有网卡IP，服务端常用），或具体IP（如 192.168.1.100 ）。

返回值与功能

  • 成功 ：返回 0 ；
  • 失败 ：返回 -1 ，设置 errno ；
  • 功能：将Socket与指定的IP地址和端口号绑定，让其他设备能通过该地址访问当前Socket。

3. listen()：TCP服务端监听连接（仅TCP）

函数原型

参数 含义 核心作用
sockfd 已绑定的Socket文件描述符 指定要监听的Socket
backlog 等待连接的队列长度（内核维护的半连接+全连接队列总和） 限制同时等待连接的客户端数量，通常填 5 或 10（现代系统可更大）

返回值与功能

  • 成功 ：返回 0 ；
  • 失败 ：返回 -1 ，设置 errno ；
  • 功能 ：将Socket转为被动监听模式，等待客户端发起TCP连接请求，进入监听状态后才能接收连接。

4. accept()：TCP服务端接受连接（仅TCP）

函数原型

c 复制代码 
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

参数说明

参数 含义 核心作用
sockfd 监听状态的Socket文件描述符 监听用的Socket
addr 输出参数，存储客户端的地址信息（IP+端口），填 NULL 表示不获取 记录客户端的身份
addrlen 输入输出参数：• 输入：地址结构体的最大长度• 输出：实际客户端地址的长度 避免地址结构体越界

返回值与功能

返回值与功能

  • 成功 ：返回新的Socket文件描述符（通信Socket ，用于和当前客户端收发数据；原 sockfd 仍为监听Socket，可继续监听其他连接）；
  • 失败 ：返回 -1 ，设置 errno ；
  • 功能 ：从等待连接队列中取出一个客户端连接，创建新的Socket用于双方通信（阻塞函数：无连接时会一直等待，直到有客户端连接）。

5. connect()：TCP客户端连接服务端（仅TCP）

函数原型

c 复制代码 
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数 含义 核心作用
sockfd 未连接的Socket文件描述符 客户端创建的Socket
servaddr 服务端的地址信息（IP+端口） 指定要连接的服务端地址
addrlen 地址结构体的长度 同 bind()

返回值与功能

  • 成功 ：返回 0 ，此时客户端与服务端建立TCP连接；
  • 失败 ：返回 -1 ，设置 errno （如服务端无响应、端口未监听等）；
  • 功能 ：客户端主动向服务端发起TCP三次握手，建立连接（阻塞函数：连接未建立时会一直等待，可设置非阻塞）。

6. send()：TCP发送数据（或UDP发送，需已连接）

函数原型

c 复制代码 
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
参数 含义 核心作用
sockfd 通信Socket（TCP的通信Socket / 已连接的UDP Socket） 用于发送数据的Socket
buf 要发送的数据缓冲区（如字符数组、结构体） 存储待发送的数据
len 要发送的数据长度（字节数） 指定发送的数据大小
flags 发送标志，常用：• 0：默认发送方式• MSG_OOB：发送带外数据（紧急数据）• MSG_DONTWAIT：非阻塞发送 控制发送行为

返回值与功能

  • 成功 ：返回实际发送的字节数 （可能小于 len ，需循环发送）；
  • 失败 ：返回 -1 ，设置 errno ；
  • 功能：向已连接的Socket发送数据（TCP保证数据可靠传输，UDP无连接时需用sendto()）。

7. sendto()：UDP发送数据（无连接专用）

函数原型

c 复制代码 
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
               const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);

参数说明

  • 前4个参数同 send() ；
  • dest_addr ：目标地址（UDP接收方的IP+端口）；
  • addrlen ：目标地址结构体长度。

返回值与功能

  • 成功：返回实际发送的字节数；失败：返回 -1 ；
  • 功能：UDP无连接，直接指定目标地址发送数据报，无需先建立连接。

8. recv()：TCP接收数据（或UDP接收，需已连接）

函数原型

c 复制代码 
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
c 复制代码 
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

参数说明

参数 含义 核心作用
sockfd 通信Socket 用于接收数据的Socket
buf 存储接收数据的缓冲区 存放收到的数据
len 缓冲区的最大长度（字节数） 指定最多接收的字节数
flags 接收标志，常用： • 0：默认接收方式 • MSG_PEEK：查看数据但不取出 • MSG_DONTWAIT：非阻塞接收 控制接收行为

返回值与功能

  • 成功 ：返回实际接收的字节数：

  • 0 ：接收成功，字节数为实际数据长度；

    ​

  • =0 ：对方主动关闭连接（TCP四次挥手完成）；
  • 失败 ：返回 -1 ，设置 errno ；
  • 功能 ：从已连接的Socket接收数据（阻塞函数：无数据时会一直等待）。

9. recvfrom()：UDP接收数据（无连接专用）

函数原型

c 复制代码 
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                 struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

参数说明

  • 前4个参数同 recv() ；
  • src_addr ：输出参数，存储发送方的地址信息；
  • addrlen ：输入输出参数，同accept()。

返回值与功能

  • 成功：返回实际接收的字节数；失败：返回 -1 ；
  • 功能：UDP无连接，直接从指定发送方接收数据报，可获取发送方地址。

10. close()/closesocket()：关闭Socket

函数原型

c 复制代码 
// 类Unix系统
#include <unistd.h>
int close(int sockfd);

// Windows系统
#include <winsock2.h>
int closesocket(SOCKET sockfd);

参数说明

sockfd ：要关闭的Socket文件描述符/句柄。

返回值与功能

  • 成功 ：返回 0 ；
  • 失败 ：返回 -1 （Windows返回 SOCKET_ERROR ）；
  • 功能：关闭Socket，释放内核资源（缓冲区、文件描述符等），TCP会自动发起四次挥手关闭连接。
三、关键补充：字节序转换函数

Socket通信中，网络字节序为大端序，而x86架构CPU为小端序，需用转换函数保证数据格式一致：

  1. htons() ：主机字节序 → 网络字节序（端口号， short 类型）；
  2. htonl() ：主机字节序 → 网络字节序（IP地址， int 类型）；
  3. ntohs() ：网络字节序 → 主机字节序（端口号）；
  4. ntohl() ：网络字节序 → 主机字节序（IP地址）。

示例:

c 复制代码 
struct sockaddr_in serv_addr;
serv_addr.sin_port = htons(8080);  // 端口8080转网络字节序
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100");  // IP转网络字节序
四、Socket通信基础流程

1. TCP通信流程

  • 服务端 ：socket() → bind() → listen() → accept() → recv()/send() → close()
  • 客户端：socket() → connect() → send()/recv() → close()

2. UDP通信流程

  • 服务端 ：socket() → bind() → recvfrom()/sendto() → close()
  • 客户端：socket() → sendto()/recvfrom() → close()

下面给你一个完整可运行的 TCP 服务端/客户端示例，把你前面问过的这些 socket 函数都调用一遍：

  • socket()
  • bind()
  • listen()
  • accept()
  • connect()
  • send()
  • recv()
  • close()

用 C 语言 + Linux/类 Unix 风格 写，Windows 只需要把 close 换成 closesocket 并初始化 Winsock。

1. 服务端代码（server.c）

c 复制代码 
  
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define PORT 8080
#define BUF_SIZE 1024

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    ssize_t valread;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[BUF_SIZE] = {0};
    const char *hello = "Hello from server";

    // 1. socket()：创建 socket 文件描述符
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 设置 socket 选项，允许端口快速重用
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT,
                   &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  // 监听所有网卡
    address.sin_port = htons(PORT);         // 主机序 → 网络序

    // 2. bind()：绑定 IP + 端口
    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 3. listen()：开始监听
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {  // backlog = 3
        perror("listen");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Server listening on port %d...\n", PORT);

    // 4. accept()：阻塞等待客户端连接
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address,
                             (socklen_t *)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("Client connected!\n");

    // 5. recv()：接收客户端数据
    valread = recv(new_socket, buffer, BUF_SIZE, 0);
    printf("Received from client: %s\n", buffer);

    // 6. send()：向客户端发送数据
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent to client\n");

    // 7. close()：关闭连接
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}

2. 客户端代码（client.c）

c 复制代码 
  
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080
#define BUF_SIZE 1024

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char buffer[BUF_SIZE] = {0};
    const char *hello = "Hello from client";

    // 1. socket()：创建 socket
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        perror("socket creation error");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // 将点分十进制 IP 转成网络字节序
    if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        perror("invalid address/ address not supported");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 2. connect()：连接服务端
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        perror("connection failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // 3. send()：向服务端发数据
    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent to server\n");

    // 4. recv()：接收服务端返回
    read(sock, buffer, BUF_SIZE);
    printf("Received from server: %s\n", buffer);

    // 5. close()：关闭 socket
    close(sock);

    return 0;
}

3. 编译与运行

编译

bash

c 复制代码 
gcc server.c -o server
gcc client.c -o client

运行

先开服务端：

bash

c 复制代码 
./server

再开一个终端运行客户端：

bash

c 复制代码 
./client

输出效果

服务端：

plaintext

c 复制代码 
Server listening on port 8080...
Client connected!
Received from client: Hello from client
Hello message sent to client

客户端：

plaintext

c 复制代码 
Hello message sent to server
Received from server: Hello from server

4. 代码里调用了哪些你关心的函数？

  • 服务端：
  • socket()
  • bind()
  • listen()
  • accept()
  • recv()
  • send()
  • close()
  • 客户端：
  • socket()
  • connect()
  • send()
  • recv()
  • close()
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