バークレーのソケット

BerkeleyソケットAPIが進化し、最終的にPOSIXソケットAPI ^{[ 2 ]}が誕生するにつれて、一部の関数は非推奨になったり削除されたりして、他の関数に置き換えられました。POSIX APIは再入可能になるように設計されており、IPv6もサポートしています。

STREAMSベースのトランスポート層インターフェース（TLI）APIは、ソケットAPIの代替手段を提供します。TLI APIを提供するシステムの多くは、BerkeleyソケットAPIも提供しています。

非Unixシステムでは、多くの場合、BerkeleyソケットAPIをネイティブネットワークAPIへの変換レイヤーを介して公開します。Plan 9 ^{[ 3 ]}とGenode ^{[ 4 ]}は、ファイルディスクリプタではなく制御ファイルを使用したファイルシステムAPIを使用しています。

この関数はsocket()通信用のエンドポイントを作成し、ソケットのファイルディスクリプタを返します。引数は3つです。

• domainこれは、作成されるソケットのプロトコルファミリーを指定します。例：
  • ネットワークプロトコルIPv4用のPF_INET（IPv4専用）
  • IPv6用のPF_INET6 (場合によってはIPv4 との下位互換性あり)
  • ローカルソケット用のPF_UNIX（特別なファイルシステムノードを使用）
• type次のいずれか：
  • SOCK_STREAM（信頼性の高いストリーム指向サービスまたはストリームソケット）
  • SOCK_DGRAM（データグラムサービスまたはデータグラムソケット）
  • SOCK_SEQPACKET（信頼性の高いシーケンスパケットサービス）
  • SOCK_RAW（ネットワーク層上の生プロトコル）
• protocol実際に使用するトランスポートプロトコルを指定します。最も一般的なプロトコルは、 IPPROTO_TCP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_DCCPです。これらのプロトコルはファイルで指定されます。値0を使用すると、選択したドメインとタイプからデフォルトのプロトコルを選択できます。<netinet/in.h>

エラーが発生した場合は、この関数は-1を返します。それ以外の場合は、新しく割り当てられたディスクリプタを表す整数を返します。

bind()ソケットをアドレスに関連付けます。 でソケットを作成するとsocket()、プロトコルファミリのみが割り当てられ、アドレスは割り当てられません。ソケットが他のホストからの接続を受け入れるには、この関連付けを行う必要があります。この関数には次の 3 つの引数があります。

• sockfdソケットを表す記述子
• my_addrsockaddrバインドするアドレスを表す構造体へのポインタ。
• addrlensocklen_t構造体のサイズを指定する型のフィールドsockaddr。

bind()成功した場合は0を返し、エラーが発生した場合は-1を返します。

ソケットがアドレスに関連付けられた後、listen()着信接続のためにソケットを準備します。ただし、これはストリーム指向（接続指向）データモード、つまりソケットタイプ（SOCK_STREAM、SOCK_SEQPACKET）の場合にのみ必要です。listen()には2つの引数が必要です。

• sockfd有効なソケット記述子。
• backlogは、同時にキューに登録できる保留中の接続数を表す整数です。通常、オペレーティングシステムはこの値に上限を設けています。

接続が確立されると、キューから削除されます。成功した場合は0が返され、エラーが発生した場合は-1が返されます。

アプリケーションが他のホストからのストリーム指向接続をリッスンしている場合、そのようなイベントが通知され（select()関数を参照）、関数を使用して接続を初期化する必要がありますaccept()。この関数は、接続ごとに新しいソケットを作成し、リスニングキューから接続を削除します。関数には次の引数があります。

• sockfd接続がキューに登録されているリスニングソケットの記述子。
• cliaddrクライアントのアドレス情報を受信するsockaddr構造体へのポインタ。
• addrlensocklen_t、に渡されるクライアント アドレス構造体のサイズを指定する場所へのポインタaccept()。accept()が を返すと、この場所に構造体のサイズ (バイト単位) が含まれます。

accept()受け入れられた接続用の新しいソケット記述子を返します。エラーが発生した場合は、値-1を返します。以降のリモートホストとの通信はすべて、この新しいソケットを介して行われます。

accept()データグラムソケットは、受信側がリスニングソケットを使用してリクエストに即座に応答できるため、処理を必要としません。

connect()アドレスによって識別される特定のリモートホストと、ファイルディスクリプタによって識別されるソケットを介して直接通信リンクを確立します。

コネクション指向プロトコルを使用する場合、これは接続を確立します。特定の種類のプロトコルはコネクションレスであり、最も有名なのはユーザーデータグラムプロトコルです。コネクションレスプロトコルで使用する場合、connectデータの送受信に使用するリモートアドレスを定義し、sendやなどの関数を使用できるようにしますrecv。これらの場合、connect関数は他のソースからのデータグラムの受信を防止します。

connect()エラーコードを表す整数を返します。0は成功、-1はエラーを表します。歴史的に、BSD 派生システムでは、呼び出しが失敗した場合、ソケット記述子の状態は未定義です( Single Unix Specificationで指定されているとおり)。したがって、移植可能なアプリケーションは、呼び出しが失敗した場合に、ソケット記述子をすぐに閉じ、を使用して新しい記述子を取得する必要があります。^{[ 5 ]}connectsocket()connect()

関数とgethostbyname()は、ドメインネームシステムまたはローカルホストの他のリゾルバメカニズム (ルックアップなど)gethostbyaddr()でホスト名とアドレスを解決するために使用されます。これらの関数は、インターネットプロトコルホストを記述する型のオブジェクトへのポインタを返します。これらの関数は、次の引数を使用します。/etc/hostsstruct hostent

• nameホスト名を指定します。
• addrstruct in_addrホストのアドレスを含むポインタを指定します。
• lenの長さをバイト単位で指定しますaddr。
• typeAF_INETホストアドレスのアドレスファミリタイプ（例：）を指定します。

エラーが発生した場合は関数が戻り値を返します。NULLその場合、外部の整数値をチェックして、一時的な障害なのか、無効なホストなのか、あるいは不明なホストなのかを確認します。それ以外の場合は、有効な値が返されます。h_errnostruct hostent*

これらの関数は厳密にはBSDソケットAPIの構成要素ではありませんが、ホストを検索するためのAPI関数と組み合わせて使用​​されることがよくあります。これらの関数は現在、ドメインネームシステムを照会するためのレガシーインターフェースとみなされています。完全にプロトコルに依存しない（IPv6をサポートする）新しい関数が定義されました。これらの新しい関数はgetaddrinfo()とgetnameinfo()で、新しいデータ構造に基づいています。^{[ 6 ]}[[addrinfo]]

この2つの関数は、BSDソケットAPI本体が4.2BSD（1983年）で登場したのと同じ年で、DNSが初めて作成された年でもあります。 ^{[ 7 ]}初期のバージョンではDNSに問い合わせることはなく、/etc/hostsのルックアップのみを実行していました。4.3BSD（1984年）バージョンでは、DNSが粗雑な方法で追加されました。ネームサービススイッチを使用した現在の実装は、Solarisと後のNetBSD 1.4（1999年）に由来します。^{[ 8 ]}当初はNIS+用に定義されたNSSでは、DNSはこれらの関数によるルックアップの多くのオプションの1つにすぎず、現在でもその使用を無効にすることができます。^{[ 9 ]}

生ソケットは、ホストの TCP/IP スタックによる処理をバイパスするシンプルなインターフェースを提供します。これにより、ユーザー空間でのネットワーク プロトコルの実装が可能になり、プロトコル スタックのデバッグに役立ちます。^{[ 13 ]}生ソケットは、TCP/IP モデルのインターネット層で動作するICMPなどの一部のサービスで使用されます。

TCPサーバーを構築するには、以下の基本的な手順が必要です。

• 呼び出しを使用して TCP ソケットを作成しますsocket()。
• bind()ポート番号を設定した後、ソケットをリスニングポートにバインドします。
• 接続をリッスンするソケットを準備します（リスニングソケットにします）。呼び出しは ですlisten()。
• 着信接続を受け入れます（accept()）。これにより、着信接続が受信されるまでプロセスがブロックされ、受け入れられた接続のソケット記述子が返されます。最初の記述子はリスニング記述子として残り、accept()ソケットが閉じられるまでいつでもこのソケットを使用して再度呼び出すことができます。
• send()API関数とrecv()、汎用関数とを使用してリモートホストと通信しますwrite()。read()
• 機能を使用して使用後に開いた各ソケットを閉じますclose()

以下のプログラムは、ポート番号1100で待機するTCPサーバーを作成します。

#include <stdbool.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main ( void ) { int sockfd = socket ( PF_INET , SOCK_STREAM , IPPROTO_TCP ); if ( sockfd == -1 ) { fprintf ( stderr , "ソケットの作成に失敗しました! \n " ); return EXIT_FAILURE ; } struct sockaddr_in sa = { . sin_family = AF_INET , . sin_port = htons ( 1100 ), . sin_addr . s_addr = htonl ( INADDR_ANY ) }; if ( bind ( sockfd , ( struct sockaddr * ) & sa , sizeof ( sa )) == -1 ) { fprintf ( stderr , "ソケットのバインドに失敗しました! \n " ); close ( sockfd ); return EXIT_FAILURE ; } if ( listen ( sockfd , 10 ) == -1 ) { fprintf ( stderr , "ソケットのリッスンに失敗しました! \n " ); close ( sockfd ); return EXIT_FAILURE ; } while ( true ) { int connfd = accept ( sockfd , NULL , NULL ); if ( connfd == -1 ) { fprintf ( stderr , "接続の受け入れに失敗しました! \n " ); close ( sockfd ); returnEXIT_FAILURE ; } // 読み書き操作を実行... // read(connfd, buff, size) if ( shutdown ( connfd , SHUT_RDWR ) == -1 ) { fprintf ( stderr , "接続のシャットダウンに失敗しました! \n " ); close ( connfd ); close ( sockfd ); return EXIT_FAILURE ; } close ( connfd ); }close ( sockfd ); return EXIT_SUCCESS ; }

TCPクライアントアプリケーションをプログラミングするには、以下の手順が必要です。

• TCPソケットを作成しています。
• サーバー（connect()）に接続するには、AF_INETに設定されたsockaddr_in構造体、エンドポイントがリッスンしているポート（ネットワークバイトオーダー）に設定された、およびリッスンサーバーの IP アドレス（これもネットワークバイトオーダー）に設定された構造体を渡します。sin_familysin_portsin_addr
• send()API関数とrecv()、汎用関数とを使用してリモートホストと通信しますwrite()。read()
• 関数を使用して使用後に開かれた各ソケットを閉じますclose()。

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> int main ( void ) { int sockfd = socket ( PF_INET , SOCK_STREAM , IPPROTO_TCP ); if ( sockfd == -1 ) { fprintf ( stderr , "ソケットの作成に失敗しました! \n " ); return EXIT_FAILURE ; } struct sockaddr_in sa = { . sin_family = AF_INET , . sin_port = htons ( 1100 ), }; int res = inet_pton ( AF_INET , "192.168.1.3" , & sa . sin_addr );if ( connect ( sockfd , ( struct sockaddr * ) & sa , sizeof ( sa )) == -1 ) { fprintf ( stderr , "接続確立に失敗しました! \n " ); close ( sockfd ); return EXIT_FAILURE ; } // 読み書き操作を実行... close ( sockfd ); return EXIT_SUCCESS ; }

アプリケーションは、次のようにポート番号で UDP サーバーを設定できます7654。プログラムには、関数を使用して UDP データグラムを受信する無限ループが含まれていますrecvfrom()。

#include <stdbool.h> #include <errno.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h>#include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>int main ( void ) { struct sockaddr_in sa = { . sin_family = AF_INET , . sin_addr . s_addr = htonl ( INADDR_ANY ), . sin_port = htons ( 7654 ) }; char buffer [ 1024 ]; ssize_t recsize ; socklen_t fromlen = sizeof ( sa );int sock = socket ( PF_INET , SOCK_DGRAM , IPPROTO_UDP ); if ( bind ( sock , ( struct sockaddr * ) & sa , sizeof ( sa )) == -1 ) { fprintf ( stderr , "ソケットのバインドに失敗しました! \n " ); close ( sock ); return EXIT_FAILURE ; }while ( true ) { recsize = recvfrom ( sock , ( void * ) buffer , sizeofbuffer , 0 , ( struct sockaddr * ) & sa , & fromlen ); if ( recsize < 0 ) { fprintf ( stderr , "%s \n " , strerror ( errno ) ); return EXIT_FAILURE ; } printf ( "recsize: %d \n " , ( int ) recsize ); sleep ( 1 ); printf ( "datagram: %.*s \n " , ( int ) recsize , buffer ); } }

以下は、「Hello, world!」という文字列を含むUDPパケットを127.0.0.1ポート番号のアドレスに送信するクライアントプログラムです7654。

#include <errno.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <string.h>#include <arpa/inet.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h>int main ( void ) { struct sockaddr_in sa = { // アドレスは IPv4 です。sin_family = AF_INET , // IPv4 アドレスは uint32_t なので、オクテットの文字列表現を適切な値に変換します。sin_addr . s_addr = inet_addr ( "127.0.0.1" ), // ソケットは unsigned short なので、htons(x) は x がネットワークバイトオーダーであることを保証し、ポートを 7654 に設定します。sin_port = htons ( 7654 ) }; char buffer [ 200 ]; strcpy ( buffer , "Hello, world!" );// UDPを使用してインターネットデータグラムソケットを作成しますint sock = socket ( PF_INET , SOCK_DGRAM , IPPROTO_UDP ); if ( sock == -1 ) { // ソケットの初期化に失敗した場合は終了しますfprintf ( stderr , "ソケットの作成に失敗しました! \n " ); return EXIT_FAILURE ; }// sendto() を使用してメッセージを送信しますint bytes_sent = sendto ( sock , buffer , strlen ( buffer ), 0 , ( struct sockaddr * ) & sa , sizeof ( sa ));if ( bytes_sent < 0 ) { fprintf ( stderr , "パケット送信エラー: %s \n " , strerror ( errno )); return EXIT_FAILURE ; } close ( sock ); // ソケットを閉じるreturn 0 ; }

このコードでは、bufferは送信するデータへのポインタであり、はbuffer_lengthデータのサイズを指定します。