第3章 基本TCP套接口編程

1、Tcp套接字編程知識點： 使用TCP套接字編程的基本步驟 實現(xiàn)TCP套接字編程的基本函數(shù) 服務(wù)器的3種異常情況TCP套接字編程（cont.）#include int socket(int family, int type, int protocol) 返回：非負(fù)套接字（sockfd）成功；-1出錯。功能：指定協(xié)議類型功能：指定協(xié)議類型參數(shù)說明：參數(shù)說明：family:協(xié)議族；type:套接字類型; protocol：一般為0，除原始套接字外。 family typeAF_INET IPv4協(xié)議SOCK_STREAM 字節(jié)流套接口AF_INET6IPv6協(xié)議SOCK_DGRAM 數(shù)據(jù)報套接口AF

2、_LOCALunix域協(xié)議SOCK_RAW 原始套接口AF_ROUTE 路由套接口AF_KEY 密鑰套接口基本套接字函數(shù)socket AF_INET AF_INET6 AF_LOCAL AF_ROUTE AF_KEY SOCK_STREAM TCP TCP Yes SOCK_DGRAM UDP UDP Yes SOCK_RAW IPv4 IPv6 Yes Yes Protocol：指明此socket請求所使用的協(xié)議，可以使用如下相關(guān)符號常數(shù)來表示。IPPROTO_TCP:表示TCP協(xié)議IPPROTO_UDP:表示UDP協(xié)議調(diào)用Socket()函數(shù)的過程socket 函數(shù)指定了協(xié)議族函數(shù)指定了協(xié)

3、議族(IPv4、IPv6或或unix)和套接口類型和套接口類型(字節(jié)流、數(shù)據(jù)報或原字節(jié)流、數(shù)據(jù)報或原始套接口始套接口)。但并沒有指定本地協(xié)議地址或遠(yuǎn)程協(xié)議地址。但并沒有指定本地協(xié)議地址或遠(yuǎn)程協(xié)議地址。理解理解socket socket使用 Unix 文件描述符 (file descriptor) 和其他程序通訊的方式。 Unix 程序在執(zhí)行任何形式的 I/O 的時候，程序是在讀或者寫一個文件描述符。一個文件描述符只是一個和打開的文件相關(guān)聯(lián)的整數(shù)。這個文件可能是一個網(wǎng)絡(luò)連接，F(xiàn)IFO，管道，終端，磁盤上的文件或者什么其他的東西。Unix 中所有的東西是文件！因此，與 Internet 上別的程序

4、通訊的時候，要通過文件描述符。 利用系統(tǒng)調(diào)用 socket()得到網(wǎng)絡(luò)通訊的文件描述符。他返回套接口描述符 (socket descriptor)，然后再通過他來調(diào)用 send() 和 recv()。那么為什么不用一般的調(diào)用那么為什么不用一般的調(diào)用 read() 和和 write() 來通過套接口通訊？來通過套接口通訊？ 簡單的答案是：可以使用一般的函數(shù)！ 詳細(xì)的答案是：使用 send() 和 recv() 讓你更好的控制數(shù)據(jù)傳輸。#include #include int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_len ad

5、drlen) 返回：0成功；-1出錯并置errno功能：給套接口分配一個本地協(xié)議地址。功能：給套接口分配一個本地協(xié)議地址。參數(shù)說明：參數(shù)說明： sockfd是套接字函數(shù)返回的套接字描述符；addr參數(shù)是指向特定協(xié)議的地址結(jié)構(gòu)的指針，指定用于通信的本地協(xié)議地址，這是通用地址（網(wǎng)際協(xié)議）。 addrlen是該套接字地址結(jié)構(gòu)的長度。 該函數(shù)指明套接字將使用本地的哪一個協(xié)議端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送（IP地址和端口號）。 一般而言，服務(wù)器調(diào)用此函數(shù)，而客戶則很少調(diào)用它。 基本套接字函數(shù)bind 綁定地址時，可以指定地址和端口號，也可以指定其中之一，甚至一個也不指定。通配地址：INADDR_ANY，其值一般為0，

6、它通知內(nèi)核選擇IP地址。 若指定端口號為0，調(diào)用函數(shù)bind時，內(nèi)核選擇一個臨時端口(在實際中，端口號都要指定)；但若指定一個通配IP地址，則直到套接字已連接（TCP）或數(shù)據(jù)報已在套接字上發(fā)出（UDP），內(nèi)核才選擇一個本地IP地址。 表中給出了調(diào)用bind()函數(shù)時，IP地址和端口號的取值及其對應(yīng)的結(jié)果。IP地址地址 端口端口結(jié)果結(jié)果通配地址 0內(nèi)核選擇IP地址和端口號通配地址 非0內(nèi)核選擇IP地址，進(jìn)程指定端口本地IP 0進(jìn)程指定IP地址，內(nèi)核選擇端口本地IP 非0進(jìn)程指定IP地址和端口號struct sockaddr_in addr;int port = 1234;int opt = SO

7、_REUSEADDR;setsockopt(fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt); bzero(&server,sizeof(server);addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);addr.sin_port = htons(port);if (bind(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr) = -1)/* 錯誤處理 */bind函數(shù)的用法#include int listen(int sockf

8、d, int backlog) 返回：0成功；-1出錯并置errno值；功能：將未連接主動套接口的轉(zhuǎn)換為被動套接口，指示內(nèi)核接受功能：將未連接主動套接口的轉(zhuǎn)換為被動套接口，指示內(nèi)核接受對該套接口的連接請求對該套接口的連接請求.函數(shù)listen僅被服務(wù)器調(diào)用,它完成兩件事情： 函數(shù)listen將未連接的套接字轉(zhuǎn)化成被動套接字，指示內(nèi)核應(yīng)接受指向此套接字的連接請求； 函數(shù)的第二個參數(shù)規(guī)定了內(nèi)核為此套接字排隊的最大連接個數(shù)；基本套接字函數(shù)listen三路握手過程客戶服務(wù)器Connect調(diào)用在未完成隊列建立條目SYN JSYN K, ack J+1ack K+1該條目從未完成隊列移至已完成隊列，acc

9、ept阻塞Connect返回TCP三路握手和監(jiān)聽套接口的兩個隊列對于給定的監(jiān)聽套接字，內(nèi)核要維護(hù)兩個隊列： 未完成連接隊列：為每個請求建立連接的SYN分節(jié)開設(shè)一個條目，服務(wù)器正等待完成TCP三次握手，當(dāng)前的套接字處在SYNRCVD狀態(tài)； 已完成連接隊列：為每個已完成TCP三次握手的客戶端開設(shè)一個條目。當(dāng)前的套接字狀態(tài)為ESTABLISHED。 兩個隊列之和不超過backlog;三路握手完成兩隊列之和不能超過backlog已完成連接隊列(ESTABLISHED狀態(tài))未完成連接隊列(SYN_RCVD狀態(tài))新到達(dá)的SYN分節(jié)服務(wù)器TCPacceptTCP為監(jiān)聽套接口維護(hù)的兩個隊列為監(jiān)聽套接口維護(hù)的兩

10、個隊列另外幾點說明：另外幾點說明： 不同的實現(xiàn)對backlog有不同的解釋，如源自Berkeley的實現(xiàn)將backlog增加一個模糊因子，把它乘以1.5，再作為兩個隊列之和； 不要把backlog定義為0，因為有些實現(xiàn)允許1個連接排隊，而有些實現(xiàn)不允許有連接排隊； 當(dāng)一個客戶SYN到達(dá)時，若兩個隊列都是滿的，tcp就忽略此分節(jié)，且不發(fā)送RST。這是因為，這種情況是暫時的，客戶tcp將重發(fā)SYN，期望不久的將來就能在隊列中找到空閑條目。#include #include int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t

11、addrlen); 返回：0成功；-1出錯；功能：建立與功能：建立與TCP服務(wù)器的連接服務(wù)器的連接參數(shù)說明：參數(shù)說明：/sockfd 是系統(tǒng)調(diào)用 socket() 返回的套接口文件描述符/serv_addr 是保存著目的地端口和 IP 地址的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) struct sockaddr/addrlen 設(shè)置為 sizeof(struct sockaddr) 函數(shù)connect激發(fā)TCP的三路握手過程；僅在成功或出錯返回；基本套接字函數(shù)connect錯誤有以下幾種情況錯誤有以下幾種情況： 如果客戶沒有收到SYN分節(jié)的響應(yīng)（總共75秒，這之間需要可能需要重發(fā)若干次SYN），則返回ETIMEDOUT。

12、如果對客戶的SYN的響應(yīng)是RST，則表明該服務(wù)器主機(jī)在指定的端口上沒有進(jìn)程在等待與之相連。函數(shù)返回錯誤ECONNREFUSED； 如果客戶發(fā)出的SYN在中間路由器上引發(fā)一個目的地不可達(dá)ICMP錯誤，客戶上的內(nèi)核保存此消息，并按第一種情況，連續(xù)發(fā)送SYN，直到規(guī)定時間，返回保存的消息（即ICMP錯誤）作為EHOSTUNREACH或ENETUNREACH錯誤返回給進(jìn)程。#include int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen); 返回：非負(fù)描述字（connfd）OK；-1出錯；功能功能:在已完成隊列頭返

13、回下一個已完成的連接。在已完成隊列頭返回下一個已完成的連接。 accept函數(shù)由TCP服務(wù)器調(diào)用；從已完成連接隊列頭返回下一個已完成連接；如果該隊列空，則進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)。 函數(shù)返回的套接字為已連接套接字，應(yīng)與監(jiān)聽套接字區(qū)分開來 該函數(shù)最多：一個既可能是新套接字也可能是錯誤指示的整數(shù)，一個客戶進(jìn)程的協(xié)議地址（由cliaddr所指），以及該地址的大小（這后兩個參數(shù)是值結(jié)果參數(shù)）；也就是說，服務(wù)器可以通過參數(shù)cliaddr來得到請求連接并獲得成功的客戶的地址和端口號；基本套接字函數(shù)accept幾點說明：幾點說明： 調(diào)用成功時返回: 1. cliaddr: 客戶進(jìn)程的協(xié)議地址和地址大小 2. 新套接

14、口描述字(已連接套接口描述字) ， 監(jiān)聽套接口描述字 listening socket descriptor一個給定的服務(wù)器常常是只生成一個監(jiān)聽套接口, 且一直存在，直到該服務(wù)器關(guān)閉。 已連接套接口描述字connected socket descriptor內(nèi)核為每個被接受的客戶連接創(chuàng)建了一個已連接套接口。當(dāng)服務(wù)器完成某客戶的服務(wù)時，關(guān)閉已連接套接口。 1024以下的端口:超級用戶使用#include int close(int sockfd); 返回:0OK；-1出錯； close函數(shù)缺省功能是將套接字做上“已關(guān)閉”標(biāo)記，并立即返回到進(jìn)程。這個套接字不能再為該進(jìn)程所用（即不能再接收和發(fā)送數(shù)據(jù)

15、，不能作為函數(shù)read和write的參數(shù)）。 正常情況下，close將引發(fā)向TCP的四分節(jié)終止序列，但在終止前將發(fā)送已排隊的數(shù)據(jù)； 如果套接字描述符訪問計數(shù)在調(diào)用close后大于0（在多個進(jìn)程共享同一個套接字的情況下），則不會引發(fā)TCP終止序列（即不會發(fā)送FIN分節(jié)）；基本套接字函數(shù)close#include int shutdown(int sockfd, int howto); 返回:0OK；-1出錯，并置相應(yīng)的errno的值； 該函數(shù)立即發(fā)送FIN分節(jié)（無論其訪問計數(shù)是否大于0）。shutdown根據(jù)參數(shù)howto關(guān)閉指定方向的數(shù)據(jù)傳輸； SHUT_RD：關(guān)閉連接的讀這一半，不再接收套接

16、字中的數(shù)據(jù)且現(xiàn)留在接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)作廢； SHUT_WR ：關(guān)閉連接的寫這一半（半關(guān)閉），當(dāng)留在套接字發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)都被發(fā)送，后跟tcp連接終止序列，不管訪問計數(shù)是否大于0；此后將不能在執(zhí)行對套接字的任何寫操作； SHUT_RDWR：連接的讀、寫都關(guān)閉，這等效于調(diào)用shutdown兩次，一次調(diào)用是用SHUT_RD，第二次用SHUT_WR?；咎捉幼趾瘮?shù)-shutdown數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)FIN數(shù)據(jù)和FIN的確認(rèn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)FIN數(shù)據(jù)和FIN的確認(rèn)writewriteshutdownRead返回大于0Read返回大于0Read返回0writewritecloseRead返回大于0Read返回0Read返回

17、大于0客戶服務(wù)器調(diào)用shutdown關(guān)閉一半TCP連接#include int write(int fd, char *buf, int len); 返回:大于0讀寫字節(jié)大??；-1出錯； 調(diào)用函數(shù)write，有如下幾種情況： 套接字發(fā)送緩沖區(qū)有足夠空間，返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)； tcp協(xié)議接收到RST數(shù)據(jù)，返回1，同時errno為ECONNRESET； ； 進(jìn)程阻塞過程中接收到信號，返回1，同時errno為EINTR。write（connfd，buff，strlen（buff）;基本套接字函數(shù)write#include int read(int fd, char *buf, int len);返回:

18、大于0讀寫字節(jié)大?。?1出錯；調(diào)用函數(shù)read時，有如下幾種情況：套接字接收緩沖區(qū)接收數(shù)據(jù)，返回接收到的字節(jié)數(shù)；tcp協(xié)議收到FIN數(shù)據(jù)，返回0；tcp協(xié)議收到RST數(shù)據(jù)，返回1，同時errno為ECONNRESET；進(jìn)程阻塞過程中接收到信號，返回1，同時errno為EINTR。read（connfd，buff，strlen（buff）;基本套接字函數(shù)read#include #include ssize_t send (int fd, const void *msg, size_t len, int flags); 返回：非0發(fā)送成功的數(shù)據(jù)長度；-1出錯； flags 是傳輸控制標(biāo)志，其值定

19、義如下： 0：常規(guī)操作，如同write()函數(shù) MSG_OOB，發(fā)送帶外數(shù)據(jù)(TCP緊急數(shù)據(jù))。 MSG_DONTROUTE：忽略底層協(xié)議的路由設(shè)置，只能將數(shù)據(jù)發(fā)送給與發(fā)送機(jī)處在同一個網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)器上。 MSG_DONTWAIT:打開非阻塞模式(了解就OK)，執(zhí)行I/O操作，再關(guān)閉非阻塞模式。數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)send#include #include ssize_t recv(int fd, void *buf ,size_t len, int flags); 返回：大于0表示成功接收的數(shù)據(jù)長度；0: 對方已關(guān)閉，-1:出錯。 flags是傳輸控制標(biāo)志，其值定義如下： 0：常規(guī)操作，如同read()

20、函數(shù)； MSG_PEEK：只查看數(shù)據(jù)而不讀出數(shù)據(jù)，后續(xù)讀操作仍然能讀出所查看的該數(shù)據(jù)； MSG_OOB：忽略常規(guī)數(shù)據(jù)，而只讀帶外數(shù)據(jù)； MSG_WAITALL：recv函數(shù)只有在將接收緩沖區(qū)填滿（也就是len的值）后才返回。 MSG_DONTWAIT：將單個I/O操作設(shè)為非阻塞模式，執(zhí)行I/O操作，然后關(guān)閉非阻塞標(biāo)志。數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)recv 功能:派生新進(jìn)程 create new process 定義:#include pid_t fork (void); 在子進(jìn)程中返回0,在父進(jìn)程中返回子進(jìn)程的進(jìn)程ID 出錯時返回 1,調(diào)用一次返回兩次fork 函數(shù) fork的典型應(yīng)用（多線程）： 1一個進(jìn)程

21、可為自己創(chuàng)建一個拷貝。當(dāng)一個拷貝處理一個操作時，其他的拷貝可以執(zhí)行其他的任務(wù)。這是非常典型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。 2一個進(jìn)程想執(zhí)行其他的程序，由于創(chuàng)建新進(jìn)程的唯一方法是調(diào)用fork，進(jìn)程首先調(diào)用fork來生成一個拷貝，然后其中一個拷貝(通常為子進(jìn)程)調(diào)用exec 來代替自己去執(zhí)行新程序。 socket() -得到文件描述符！ bind() -我們在哪個端口？ connect() -Hello！ listen() -有人給我打電話嗎？ accept() -Thank you for calling port 3490. send() 和 recv() -Talk to me, baby! sendto(

22、) 和 recvfrom() -Talk to me, DGRAM-style close() 和 shutdown() -滾開！ getpeername() -你是誰？ gethostname() -我是誰？ DNS -你說“白宮”，我說 198.137.240.100簡而言之簡而言之實現(xiàn)TCP套接字基本步驟分為服務(wù)器端和客戶端兩部分：服務(wù)器端 創(chuàng)建套接字； 綁定套接字； 設(shè)置套接字為監(jiān)聽模式，進(jìn)入被動接受連接狀態(tài)； 接受請求，建立連接 讀寫數(shù)據(jù)終止連接TCP套接字編程客戶端步驟 創(chuàng)建套接字 與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立連接 讀/寫數(shù)據(jù)；終止連接TCP套接字編程（cont.）int main(void)

23、int sockfd,connect_sock;if(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)=-1) perror(“create socket failed.”);exit(-1);/* bind sockfd to some address */* listen */loop if(connect_sock=accept(sockfd,NULL,NULL)=-1) perror(“Accept error.”); exit(-1); /* read and process request */close(connect_sock); close(sockf

24、d);TCP服務(wù)器模板/* include some header files */int main(void)int sockfd;if(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)=-1)perror(“Create socket failed.”);exit(-1);/* connect to server */* send requst and receive response */close(sockfd);TCP客戶模板 采用客戶/服務(wù)器模式，完成下列功能： 客戶根據(jù)用戶提供的IP地址，連接相應(yīng)的服務(wù)器； 服務(wù)器等待客戶的連接，一旦連接成功，則顯示客戶的IP地址，并發(fā)歡迎信息給客戶； 客戶接收服務(wù)器發(fā)送的信息并顯示；TCP套接字例程 下面我們考慮在以下三種異常情況發(fā)生后，tcp客戶服務(wù)器程序的反