socket编程(linux socket编程)

socket编程(linux socket编程)

1.网络中进程之间如何通信

进程通信的概念最初来源于单机系统。由于每个进程都在自己的地址范围内运行。为保证两个相互通信的进程之间既互不干扰又协调一致工作。操作系统为进程通信提供了相应设施。如

UNIXBSD有:管道(pipe)、命名管道(namedpipe)软中断信号(signal)

UNIXsystemV有:消息(message)、共享存储区(sharedmemory)和信号量(semaphore)等.

他们都仅限于用在本机进程之间通信。网间进程通信要解决的是不同主机进程间的相互通信问题(可把同机进程通信看作是其中的特例)。为此。首先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上。不同进程可用进程号(processID)唯一标识。但在网络环境下。各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如。主机A赋于某进程号5。在B机中也可以存在5号进程。因此。“5号进程”这句话就没有意义了。其次。操作系统支持的网络协议众多。不同协议的工作方式不同。地址格式也不同。因此。网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。

其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题。网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机。而传输层的“协议+端口”可以唯一标识主机中的应用程序(进程)。这样利用三元组(ip地址。协议。端口)就可以标识网络的进程了。网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。

使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口:UNIXBSD的套接字(socket)和UNIXSystemV的TLI(已经被淘汰)。来实现网络进程之间的通信。就目前而言。几乎所有的应用程序都是采用socket。而现在又是网络时代。网络中进程通信是无处不在。这就是我为什么说“一切皆socket”。

2.什么是TCP/IP、UDP

TCP/IP(TransmissionControlProtocol/InternetProtocol)即传输控制协议/网间协议。是一个工业标准的协议集。它是为广域网(WANs)设计的。

TCP/IP协议存在于OS中。网络服务通过OS提供。在OS中增加支持TCP/IP的系统调用——Berkeley套接字。如Socket。Connect。Send。Recv等

UDP(UserDataProtocol。用户数据报协议)是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。如图:

socket编程(linux socket编程)

TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层。而socket所在位置如图。Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。

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3.Socket是什么

1、socket套接字:

socket起源于Unix。而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”。都可以用“打开open–>读写write/read–>关闭close”模式来操作。Socket就是该模式的一个实现。socket即是一种特殊的文件。一些socket函数就是对其进行的操作(读/写IO、打开、关闭).

说白了Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。它是一组接口。在设计模式中。Socket其实就是一个门面模式。它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面。对用户来说。一组简单的接口就是全部。让Socket去组织数据。以符合指定的协议。

注意:其实socket也没有层的概念。它只是一个facade设计模式的应用。让编程变的更简单。是一个软件抽象层。在网络编程中。我们大量用的都是通过socket实现的。

2、套接字描述符

其实就是一个整数。我们最熟悉的句柄是0、1、2三个。0是标准输入。1是标准输出。2是标准错误输出。0、1、2是整数表示的。对应的FILE*结构的表示就是stdin、stdout、stderr

套接字API最初是作为UNIX操作系统的一部分而开发的。所以套接字API与系统的其他I/O设备集成在一起。特别是。当应用程序要为因特网通信而创建一个套接字(socket)时。操作系统就返回一个小整数作为描述符(descriptor)来标识这个套接字。然后。应用程序以该描述符作为传递参数。通过调用函数来完成某种操作(例如通过网络传送数据或接收输入的数据)。

在许多操作系统中。套接字描述符和其他I/O描述符是集成在一起的。所以应用程序可以对文件进行套接字I/O或I/O读/写操作。

当应用程序要创建一个套接字时。操作系统就返回一个小整数作为描述符。应用程序则使用这个描述符来引用该套接字需要I/O请求的应用程序请求操作系统打开一个文件。操作系统就创建一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看。文件描述符是一个整数。应用程序可以用它来读写文件。下图显示。操作系统如何把文件描述符实现为一个指针数组。这些指针指向内部数据结构。

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对于每个程序系统都有一张单独的表。精确地讲。系统为每个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。当进程打开一个文件时。系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表。并把该表的索引值返回给调用者。应用程序只需记住这个描述符。并在以后操作该文件时使用它。操作系统把该描述符作为索引访问进程描述符表。通过指针找到保存该文件所有的信息的数据结构。

网络原理tcp/udp。网络编程epoll/reactor。面试中正经“八股文”

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针对套接字的系统数据结构:

1)、套接字API里有个函数socket。它就是用来创建一个套接字。套接字设计的总体思路是。单个系统调用就可以创建任何套接字。因为套接字是相当笼统的。一旦套接字创建后。应用程序还需要调用其他函数来指定具体细节。例如调用socket将创建一个新的描述符条目:

2)、虽然套接字的内部数据结构包含很多字段。但是系统创建套接字后。大多数字字段没有填写。应用程序创建套接字后在该套接字可以使用之前。必须调用其他的过程来填充这些字段。

3、文件描述符和文件指针的区别:

文件描述符:在linux系统中打开文件就会获得文件描述符。它是个很小的正整数。每个进程在PCB(ProcessControlBlock)中保存着一份文件描述符表。文件描述符就是这个表的索引。每个表项都有一个指向已打开文件的指针。

文件指针:C语言中使用文件指针做为I/O的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE结构的数据结构。FILE结构包括一个缓冲区和一个文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引。因此从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄(在Windows系统上。文件描述符被称作文件句柄)。

4.基本的SOCKET接口函数

在生活中。A要电话给B。A拨号。B听到电话铃声后提起电话。这时A和B就建立起了连接。A和B就可以讲话了。等交流结束。挂断电话结束此次交谈。打电话很简单解释了这工作原理:“open—write/read—close”模式。

服务器端先初始化Socket。然后与端口绑定(bind)。对端口进行监听(listen)。调用accept阻塞。等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket。然后连接服务器(connect)。如果连接成功。这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求。服务器端接收请求并处理请求。然后把回应数据发送给客户端。客户端读取数据。最后关闭连接。一次交互结束。

这些接口的实现都是内核来完成。具体如何实现。可以看看linux的内核

4.1、socket()函数

intsocket(intprotofamily,inttype,intprotocol);//返回sockfd

sockfd是描述符。

socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字。而socket()用于创建一个socket描述符(socketdescriptor)。它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样。后续的操作都有用到它。把它作为参数。通过它来进行一些读写操作。

正如可以给fopen的传入不同参数值。以打开不同的文件。创建socket的时候。也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符。socket函数的三个参数分别为:

protofamily:即协议域。又称为协议族(family)。常用的协议族有。AF_INET(IPV4)、AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL(或称AF_UNIX。Unix域socket)、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型。在通信中必须采用对应的地址。如AF_INET决定了要用ipv4地址(32位的)与端口号(16位的)的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。

type:指定socket类型。常用的socket类型有。SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些?)。

protocol:故名思意。就是指定协议。常用的协议有。IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等。它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议(这个协议我将会单独开篇讨论!)。

注意:并不是上面的type和protocol可以随意组合的。如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时。会自动选择type类型对应的默认协议。

当我们调用socket创建一个socket时。返回的socket描述字它存在于协议族(addressfamily。AF_XXX)空间中。但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址。就必须调用bind()函数。否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

4.2、bind()函数

正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

intbind(intsockfd,conststructsockaddr*addr,socklen_taddrlen);

函数的三个参数分别为:

sockfd:即socket描述字。它是通过socket()函数创建了。唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。

addr:一个conststructsockaddr*指针。指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同。如ipv4对应的是:

structsockaddr_in{sa_family_tsin_family;/*addressfamily:AF_INET*/in_port_tsin_port;/*portinnetworkbyteorder*/structin_addrsin_addr;/*internetaddress*/};/*Internetaddress.*/structin_addr{uint32_ts_addr;/*addressinnetworkbyteorder*/};

ipv6对应的是:

structsockaddr_in6{sa_family_tsin6_family;/*AF_INET6*/in_port_tsin6_port;/*portnumber*/uint32_tsin6_flowinfo;/*IPv6flowinformation*/structin6_addrsin6_addr;/*IPv6address*/uint32_tsin6_scope_id;/*ScopeID(newin2.4)*/};structin6_addr{unsignedchars6_addr[16];/*IPv6address*/};

Unix域对应的是:

#defineUNIX_PATH_MAX108structsockaddr_un{sa_family_tsun_family;/*AF_UNIX*/charsun_path[UNIX_PATH_MAX];/*pathname*/};

addrlen:对应的是地址的长度。

通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址(如ip地址+端口号)。用于提供服务。客户就可以通过它来接连服务器;而客户端就不用指定。有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()。而客户端就不会调用。而是在connect()时由系统随机生成一个。

网络字节序与主机字节序

主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式:不同的CPU有不同的字节序类型。这些字节序是指整数在内存中保存的顺序。这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下:

a)Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端。高位字节排放在内存的高地址端。

b)Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端。低位字节排放在内存的高地址端。

网络字节序:4个字节的32bit值以下面的次序传输:首先是0~7bit。其次8~15bit。然后16~23bit。最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序。因此它又称作网络字节序。字节序。顾名思义字节的顺序。就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序。一个字节的数据没有顺序的问题了。

所以:在将一个地址绑定到socket的时候。请先将主机字节序转换成为网络字节序。而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案!公司项目代码中由于存在这个问题。导致了很多莫名其妙的问题。所以请谨记对主机字节序不要做任何假定。务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

4.3、listen()、connect()函数

如果作为一个服务器。在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket。如果客户端这时调用connect()发出连接请求。服务器端就会接收到这个请求。

intlisten(intsockfd,intbacklog);intconnect(intsockfd,conststructsockaddr*addr,socklen_taddrlen);

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字。第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的。listen函数将socket变为被动类型的。等待客户的连接请求。

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字。第二参数为服务器的socket地址。第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

4.4、accept()函数

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后。就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后。就会调用accept()函数取接收请求。这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了。即类同于普通文件的读写I/O操作。

intaccept(intsockfd,structsockaddr*addr,socklen_t*addrlen);//返回连接connect_fd

参数sockfd

参数sockfd就是上面解释中的监听套接字。这个套接字用来监听一个端口。当有一个客户与服务器连接时。它使用这个一个端口号。而此时这个端口号正与这个套接字关联。当然客户不知道套接字这些细节。它只知道一个地址和一个端口号。

参数addr

这是一个结果参数。它用来接受一个返回值。这返回值指定客户端的地址。当然这个地址是通过某个地址结构来描述的。用户应该知道这一个什么样的地址结构。如果对客户的地址不感兴趣。那么可以把这个值设置为NULL。

参数len

如同大家所认为的。它也是结果的参数。用来接受上述addr的结构的大小的。它指明addr结构所占有的字节个数。同样的。它也可以被设置为NULL。

如果accept成功返回。则服务器与客户已经正确建立连接了。此时服务器通过accept返回的套接字来完成与客户的通信。

注意:

accept默认会阻塞进程。直到有一个客户连接建立后返回。它返回的是一个新可用的套接字。这个套接字是连接套接字。

此时我们需要区分两种套接字。

监听套接字:监听套接字正如accept的参数sockfd。它是监听套接字。在调用listen函数之后。是服务器开始调用socket()函数生成的。称为监听socket描述字(监听套接字)

连接套接字:一个套接字会从主动连接的套接字变身为一个监听套接字;而accept函数返回的是已连接socket描述字(一个连接套接字)。它代表着一个网络已经存在的点点连接。

一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字。它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字。当服务器完成了对某个客户的服务。相应的已连接socket描述字就被关闭。

自然要问的是:为什么要有两种套接字?原因很简单。如果使用一个描述字的话。那么它的功能太多。使得使用很不直观。同时在内核确实产生了一个这样的新的描述字。

连接套接字socketfd_new并没有占用新的端口与客户端通信。依然使用的是与监听套接字socketfd一样的端口号

4.5、read()、write()等函数

万事具备只欠东风。至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了。即实现了网咯中不同进程之间的通信!网络I/O操作有下面几组:

read()/write()

recv()/send()

readv()/writev()

recvmsg()/sendmsg()

recvfrom()/sendto()

我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数。这两个函数是最通用的I/O函数。实际上可以把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明如下:

#include<unistd.h>ssize_tread(intfd,void*buf,size_tcount);ssize_twrite(intfd,constvoid*buf,size_tcount);#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>ssize_tsend(intsockfd,constvoid*buf,size_tlen,intflags);ssize_trecv(intsockfd,void*buf,size_tlen,intflags);ssize_tsendto(intsockfd,constvoid*buf,size_tlen,intflags,conststructsockaddr*dest_addr,socklen_taddrlen);ssize_trecvfrom(intsockfd,void*buf,size_tlen,intflags,structsockaddr*src_addr,socklen_t*addrlen);ssize_tsendmsg(intsockfd,conststructmsghdr*msg,intflags);ssize_trecvmsg(intsockfd,structmsghdr*msg,intflags);

read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时。read返回实际所读的字节数。如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了。小于0表示出现了错误。如果错误为EINTR说明读是由中断引起的。如果是ECONNREST表示网络连接出了问题。

write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1。并设置errno变量。在网络程序中。当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0。表示写了部分或者是全部的数据。2)返回的值小于0。此时出现了错误。我们要根据错误类型来处理。如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。如果为EPIPE表示网络连接出现了问题(对方已经关闭了连接)。

其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了。具体参见man文档或者baidu、Google。下面的例子中将使用到send/recv。

4.6、close()函数

在服务器与客户端建立连接之后。会进行一些读写操作。完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字。好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

#include<unistd.h>intclose(intfd);

close一个TCPsocket的缺省行为时把该socket标记为以关闭。然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用。也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意:close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1。只有当引用计数为0的时候。才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

5.Socket中TCP的建立(三次握手)

TCP协议通过三个报文段完成连接的建立。这个过程称为三次握手(three-wayhandshake)。过程如下图所示。

第一次握手:建立连接时。客户端发送syn包(syn=j)到服务器。并进入SYN_SEND状态。等待服务器确认;SYN:同步序列编号(SynchronizeSequenceNumbers)。

第二次握手:服务器收到syn包。必须确认客户的SYN(ack=j+1)。同时自己也发送一个SYN包(syn=k)。即SYN+ACK包。此时服务器进入SYN_RECV状态;

第三次握手:客户端收到服务器的SYN+ACK包。向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)。此包发送完毕。客户端和服务器进入ESTABLISHED状态。完成三次握手。

一个完整的三次握手也就是:请求---应答---再次确认。

对应的函数接口:

从图中可以看出。当客户端调用connect时。触发了连接请求。向服务器发送了SYNJ包。这时connect进入阻塞状态;服务器监听到连接请求。即收到SYNJ包。调用accept函数接收请求向客户端发送SYNK。ACKJ+1。这时accept进入阻塞状态;客户端收到服务器的SYNK。ACKJ+1之后。这时connect返回。并对SYNK进行确认;服务器收到ACKK+1时。accept返回。至此三次握手完毕。连接建立。

我们可以通过网络抓包的查看具体的流程:

比如我们服务器开启9502的端口。使用tcpdump来抓包:

tcpdump-ianytcpport9502

然后我们使用telnet127.0.0.19502开连接.:

telnet127.0.0.19502

14:12:45.104687IPlocalhost.39870>localhost.9502:Flags[S],seq2927179378,win32792,options[mss16396,sackOK,TSval255474104ecr0,nop,wscale3],length0(1)

14:12:45.104701IPlocalhost.9502>localhost.39870:Flags[S.],seq1721825043,ack2927179379,win32768,options[mss16396,sackOK,TSval255474104ecr255474104,nop,wscale3],length0(2)

14:12:45.104711IPlocalhost.39870>localhost.9502:Flags[.],ack1,win4099,options[nop,nop,TSval255474104ecr255474104],length0(3)

14:13:01.415407IPlocalhost.39870>localhost.9502:Flags[P.],seq1:8,ack1,win4099,options[nop,nop,TSval255478182ecr255474104],length7

14:13:01.415432IPlocalhost.9502>localhost.39870:Flags[.],ack8,win4096,options[nop,nop,TSval255478182ecr255478182],length0

14:13:01.415747IPlocalhost.9502>localhost.39870:Flags[P.],seq1:19,ack8,win4096,options[nop,nop,TSval255478182ecr255478182],length18

14:13:01.415757IPlocalhost.39870>localhost.9502:Flags[.],ack19,win4097,options[nop,nop,TSval255478182ecr255478182],length0

114:12:45.104687时间带有精确到微妙

localhost.39870>localhost.9502表示通信的流向。39870是客户端。9502是服务器端

[S]表示这是一个SYN请求

[S.]表示这是一个SYN+ACK确认包:

[.]表示这是一个ACT确认包。(client)SYN->(server)SYN->(client)ACT就是3次握手过程

[P]表示这个是一个数据推送。可以是从服务器端向客户端推送。也可以从客户端向服务器端推

[F]表示这是一个FIN包。是关闭连接操作。client/server都有可能发起

[R]表示这是一个RST包。与F包作用相同。但RST表示连接关闭时。仍然有数据未被处理。可以理解为是强制切断连接

win4099是指滑动窗口大小

length18指数据包的大小

我们看到(1)(2)(3)三步是建立tcp:

第一次握手:

14:12:45.104687IPlocalhost.39870>localhost.9502:Flags[S],seq2927179378

客户端IPlocalhost.39870(客户端的端口一般是自动分配的)向服务器localhost.9502发送syn包(syn=j)到服务器》

syn包(syn=j):syn的seq=2927179378(j=2927179378)

第二次握手:

14:12:45.104701IPlocalhost.9502>localhost.39870:Flags[S.],seq1721825043,ack2927179379,

收到请求并确认:服务器收到syn包。并必须确认客户的SYN(ack=j+1)。同时自己也发送一个SYN包(syn=k)。即SYN+ACK包:

此时服务器主机自己的SYN:seq:y=synseq1721825043。

ACK为j+1=(ack=j+1)=ack2927179379

第三次握手:

14:12:45.104711IPlocalhost.39870>localhost.9502:Flags[.],ack1,

客户端收到服务器的SYN+ACK包。向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)

客户端和服务器进入ESTABLISHED状态后。可以进行通信数据交互。此时和accept接口没有关系。即使没有accepte。也进行3次握手完成。

连接出现连接不上的问题。一般是网路出现问题或者网卡超负荷或者是连接数已经满啦。

紫色背景的部分:

IPlocalhost.39870>localhost.9502:Flags[P.],seq1:8,ack1,win4099,options[nop,nop,TSval255478182ecr255474104],length7

客户端向服务器发送长度为7个字节的数据。

IPlocalhost.9502>localhost.39870:Flags[.],ack8,win4096,options[nop,nop,TSval255478182ecr255478182],length0

服务器向客户确认已经收到数据

IPlocalhost.9502>localhost.39870:Flags[P.],seq1:19,ack8,win4096,options[nop,nop,TSval255478182ecr255478182],length18

然后服务器同时向客户端写入数据。

IPlocalhost.39870>localhost.9502:Flags[.],ack19,win4097,options[nop,nop,TSval255478182ecr255478182],length0

客户端向服务器确认已经收到数据

这个就是tcp可靠的连接。每次通信都需要对方来确认。

6.TCP连接的终止(四次握手释放)

建立一个连接需要三次握手。而终止一个连接要经过四次握手。这是由TCP的半关闭(half-close)造成的。如图:

由于TCP连接是全双工的。因此每个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个FIN只意味着这一方向上没有数据流动。一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭。而另一方执行被动关闭。

(1)客户端A发送一个FIN。用来关闭客户A到服务器B的数据传送(报文段4)。

(2)服务器B收到这个FIN。它发回一个ACK。确认序号为收到的序号加1(报文段5)。和SYN一样。一个FIN将占用一个序号。

(3)服务器B关闭与客户端A的连接。发送一个FIN给客户端A(报文段6)。

(4)客户端A发回ACK报文确认。并将确认序号设置为收到序号加1(报文段7)。

对应函数接口如图:

过程如下:

某个应用进程首先调用close主动关闭连接。这时TCP发送一个FINM;

另一端接收到FINM之后。执行被动关闭。对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程。因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据;

一段时间之后。接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FINN;

接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

1.为什么建立连接协议是三次握手。而关闭连接却是四次握手呢?

这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后。它可以把ACK和SYN(ACK起应答作用。而SYN起同步作用)放在一个报文里来发送。但关闭连接时。当收到对方的FIN报文通知时。它仅仅表示对方没有数据发送给你了;但未必你所有的数据都全部发送给对方了。所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后。再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了。所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。

2.为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态?

这是因为虽然双方都同意关闭连接了。而且握手的4个报文也都协调和发送完毕。按理可以直接回到CLOSED状态(就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样);但是因为我们必须要假想网络是不可靠的。你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到。因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文。而重发FIN报文。所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。

7.Socket编程实例

服务器端:一直监听本机的8000号端口。如果收到连接请求。将接收请求并接收客户端发来的消息。并向客户端返回消息。

/*FileName:server.c*/#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<errno.h>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#defineDEFAULT_PORT8000#defineMAXLINE4096intmain(intargc,char**argv){intsocket_fd,connect_fd;structsockaddr_inservaddr;charbuff[4096];intn;//初始化Socketif((socket_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1){printf("createsocketerror:%s(errno:%d)\n",strerror(errno),errno);exit(0);}//初始化memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family=AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。servaddr.sin_port=htons(DEFAULT_PORT);//设置的端口为DEFAULT_PORT//将本地地址绑定到所创建的套接字上if(bind(socket_fd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))==-1){printf("bindsocketerror:%s(errno:%d)\n",strerror(errno),errno);exit(0);}//开始监听是否有客户端连接if(listen(socket_fd,10)==-1){printf("listensocketerror:%s(errno:%d)\n",strerror(errno),errno);exit(0);}printf("======waitingforclient'srequest======\n");while(1){//阻塞直到有客户端连接。不然多浪费CPU资源。if((connect_fd=accept(socket_fd,(structsockaddr*)NULL,NULL))==-1){printf("acceptsocketerror:%s(errno:%d)",strerror(errno),errno);continue;}//接受客户端传过来的数据n=recv(connect_fd,buff,MAXLINE,0);//向客户端发送回应数据if(!fork()){/*紫禁城*/if(send(connect_fd,"Hello,youareconnected!\n",26,0)==-1)perror("senderror");close(connect_fd);exit(0);}buff[n]='\0';printf("recvmsgfromclient:%s\n",buff);close(connect_fd);}close(socket_fd);}

客户端:

/*FileName:client.c*/#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<errno.h>#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#defineMAXLINE4096intmain(intargc,char**argv){intsockfd,n,rec_len;charrecvline[4096],sendline[4096];charbuf[MAXLINE];structsockaddr_inservaddr;if(argc!=2){printf("usage:./client<ipaddress>\n");exit(0);}if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0){printf("createsocketerror:%s(errno:%d)\n",strerror(errno),errno);exit(0);}memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));servaddr.sin_family=AF_INET;servaddr.sin_port=htons(8000);if(inet_pton(AF_INET,argv[1],&servaddr.sin_addr)<=0){printf("inet_ptonerrorfor%s\n",argv[1]);exit(0);}if(connect(sockfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0){printf("connecterror:%s(errno:%d)\n",strerror(errno),errno);exit(0);}printf("sendmsgtoserver:\n");fgets(sendline,4096,stdin);if(send(sockfd,sendline,strlen(sendline),0)<0){printf("sendmsgerror:%s(errno:%d)\n",strerror(errno),errno);exit(0);}if((rec_len=recv(sockfd,buf,MAXLINE,0))==-1){perror("recverror");exit(1);}buf[rec_len]='\0';printf("Received:%s",buf);close(sockfd);exit(0);}

inet_pton是Linux下IP地址转换函数。可以在将IP地址在“点分十进制”和“整数”之间转换。是inet_addr的扩展。

intinet_pton(intaf,constchar*src,void*dst);//转换字符串到网络地址:

第一个参数af是地址族。转换后存在dst中

af=AF_INET:src为指向字符型的地址。即ASCII的地址的首地址(ddd.ddd.ddd.ddd格式的)。函数将该地址转换为in_addr的结构体。并复制在*dst中

af=AF_INET6:src为指向IPV6的地址。函数将该地址转换为in6_addr的结构体。并复制在*dst中

如果函数出错将返回一个负值。并将errno设置为EAFNOSUPPORT。如果参数af指定的地址族和src格式不对。函数将返回0。

测试:

编译server.c

gcc-oserverserver.c

启动进程:

./server

显示结果:

======waitingforclient'srequest======

并等待客户端连接。

编译client.c

gcc-oclientclient.c

客户端去连接server:

./client127.0.0.1

等待输入消息

发送一条消息。输入:c++

此时服务器端看到:

客户端收到消息:

其实可以不用client,可以使用telnet来测试:

telnet127.0.0.18000

注意:

在ubuntu编译源代码的时候。头文件types.h可能找不到。

使用dpkg-Llibc6-dev|greptypes.h查看。

如果没有。可以使用

apt-getinstalllibc6-dev安装。

如果有了。但不在/usr/include/sys/目录下。手动把这个文件添加到这个目录下就可以了。

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