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  • socket编程

    千次阅读 2019-07-27 17:24:11
    socket编程 软件开发和网络 软件的开发离不开网络 而当今网络世界,绝大部分都是基于TCP/IP协议 很多应用都是构建在TCP/IP协议的基础上的 浏览网页,手机微信,支付宝,滴滴打车 应用使用 socket编程接口 来通过TCP/...

    socket编程

    软件开发和网络
    软件的开发离不开网络

    而当今网络世界,绝大部分都是基于TCP/IP协议

    很多应用都是构建在TCP/IP协议的基础上的
    浏览网页,手机微信,支付宝,滴滴打车

    应用使用 socket编程接口 来通过TCP/IP协议进行通信
    #requests库底层也是通过调用 socket编程接口,到操作系统这层,通过TCP/IP协议就行传输
    #http协议是基于TCP/IP

    网络协议栈
    两种协议栈模型(为什么叫协议栈)(见图1)
    在这里插入图片描述
    OSI参考模型:7层协议:应用层,表示层,会话层,传输层,网络,数据链路层,物理层
    TCP/IP:应用层,传输层,网络层,数据链路层,物理层
    TCP,UDP对应的传输层,而IP协议对应的网络层
    #7层和5层的下面的4层是一样的。OSI分的更细致。下面的这几层传输层,网络,数据链路层,物理层。通常不需要我们开发程序去实现。传输层,网络,数据链路层这3层,基本是由操作系统实现的。数据链路层一部分私有操作系统实现的,一部分是由网卡,或是驱动程序实现的。物理层是由,物理硬件去实现的。应用层(应用层,表示层,会话层)是由应用程序实现的。

    #传输层,网络层,数据链路层是有操作系统实现的。
    #应用层使我们应用的代码程序实现的
    #TCP(相对可靠的),UDP对应的传输层
    #怎么样保证传输的可靠性的
    #IP协议对应的是网络层,聚焦在不同网络,子网之间怎么样进行消息的路由
    #每一层协议都是基于下一层协议的实现的
    #应用程序传递给传输层就是通过socket编程实现的

    socket的概念

    socket概念出现的时间比TCP/IP协议还要早
    socket是操作系统的分配一种资源
    在Unix/Linux系统上就是一种文件,但不在文件系统目录里
    可以用来进行进程间的通信(包括网络通讯)
    #包括程序和数据库服务之间通讯

    操作系统API编程接口的概念(应用编程接口)
    操作系统的服务 以库的形式封装调用接口给应用程序。操作系统提供的库(供应用程序调用的)
    内存管理
    进程
    线程(threading库)
    文件
    socket
    时间
    外设
    等等

    socket是操作系统创建的概念
    进程好比电话
    socket好比电话插口
    进程创建一个socket,就像电话用线接上一个插口
    不同的进程通过socket通信,就像电话接上电话插口进行通话

    socket的参数项(应用程序创建socket的时候,有几个东西需要指定好,告诉操作系统)
    使用什么传输层(TCP),网络层(IP)的协议
    目前最常用的是TCP,IP协议
    也有其他的传输层的协议UDP,SCTP
    网络层,比如,IP协议,也分IPv6和IPv4

    绑定哪个网络层地址(传输层指定好了之后,网络层需要绑定一个地址。因为网络层就是把数据在不同的网络之间路由的,就像最后肯定要有一个收件人地址,还要指定发件人的地址,就是对方要回信息的时候,要知道地址)
    比如IPv4协议就是一个IPv4地址,IPv6协议就是一个IPv6地址
    网络层地址决定了唯一网络节点(比如电脑,手机)

    使用什么端口号(指定具体的进程,由哪个进程接受)
    主机上会有很多进程,接收到的网络消息该送给哪个进程处理呢
    用一个号码来标识,我们就它端口号
    比如http服务进程通常采用80端口号,mysql 3306。

    python中的socket

    TCP Socket通信 (在python里面指定TCP(传输层)/IP(网络层) 协议)
    进程使用TCP Socket进行通信或许是现在网络世界的最广泛的应用
    广泛使用的HTTP协议就是TCP的

    TCP socket通信的特点:(数据通信之前,要建议虚拟的连接。连接简历过程就是常说的three way handshake)
    #服务端是不会主动和客户端连接的,都是客户端连接服务端,客户端会发一个(ip)包给服务端。服务端接到后会返回一个响应给客户端,客户端会在发一个回应给服务端。每个包的信息都会有个确认信息的请求。三次握手是确认通讯链路是畅通的的。建立了一个虚拟的连接。连接建立好了之后,后面的发送的请求,才传递了具体的应用的数据。
    服务端 VS 客户端
    通过(虚拟)连接
    建立连接(三次握手,三路握手,three way handshake)(见图2)
    进行通信
    拆除连接
    在这里插入图片描述

    代码分析:
    TCP协议分为服务端和客户端,两个是不同的进程,可能在一台机器上,也可能不在一台机器上

    服务端
    服务端代码(通常是先起服务端)

    # 导入socket 库
    from socket import *
    
    # 主机地址为空字符串表示,所有的地址都绑定,
    # 包括环回地址,所有网络接口的ip地址 127.0.0.1
    # 客户端必须事先知道服务端的地址才能连接成功
    HOST = '127.0.0.1'     #本机的环回地址,只是本机间的进程进行通讯的。如果要接收Internet上的地址,就要绑定一个公网的地址了
    PORT = 21555    #端口号,随意指定的,建议不要使用10000以下的端口
    BUFSIZ = 1024     #最多接收1024个字节
    ADDR = (HOST, PORT)
    
    #创建socket,指明协议,AF_INET表示是IPv4协议,  SOCK_STREAM表示是tcp协议
    tcpSerSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)     #socket是类,这里是实例化 ,指定参数 AF_INET指的是ipV4协议,SOCK_STREAM表示是tcp协议。这里就制定了网络层和传输层的地址
    
    #绑定地址和端口,表示使用这个地址
    # HOST为空字符串表示 本机所有ip, port为21567
    tcpSerSock.bind(ADDR)     #发件人的地址,本地的网络层的地址,ADDR = (HOST, PORT)本地的地址和端口。服务端必须要绑定的,要让客户端知道的
    
    #使socket处于监听状态,参数大意是指,允许等待连接的客户端的最大数量
    # 这个TCP 服务进程监听在 本机所有ip, port为21567,等待客户端的连接。
    tcpSerSock.listen(5)     #监听端口号,等待连接的排队长度不超过5个,队列的长度不超过5个
    
    print('等待客户端连接...')
    
    # accept <阻塞式> 等待连接请求,有客户端连接上来,
    # 只有服务端程序调用了accept,
    # 才会有 syn ack ,客户端收到后发送 ack, 三路握手完成, 连接才能成功
    
    # 注意,这里返回了一个新的socket:tcpCliSock用来和这个连接上来的客户端进行通信;和客户端的地址
    # 原来的 tcpSerSock 还是负责监听
    tcpCliSock, addr = tcpSerSock.accept()      #新的Sock就是负责通信的,原来的的Sock还是监听的。有可能还有别的客户端要来连接。返回的是一个元组,一个是sock对象,一个是客户端的地址对象  (见图三)(相当于服务端回了一个,syn ack,第二次握手。如果没有客户端程序跟他连接,就会在这里等),当服务端程序运行的时候,就停在这行代码
    print('连接来自:', addr)    #对方的在网络请求包里面的,到了服务端,会知道客户端的地址的
    
    #下面的代码是和客户端通信用的
    while True:
        # 阻塞式等待接收消息,BUFSIZ指定了一次最多获取多少byte的消息
        # 返回的是bytes类型,
        # 缺省是阻塞模式,可以设置socket 为nonblocking
    
        data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)
    
        # 当对方关闭连接的时候,返回空bytes
        if not data:     #如果对方返回的是空,就关闭连接
            tcpCliSock.close()
            break
    
        # 接受到的是bytes类型,需要解码
        rstr = data.decode()
    
        print(rstr)
    
    
        # 发送消息 send 不一定能发送所有的数据
        # sendall 会反复尝试,直到所有的数据都发送完毕
        # 发送的也必须是bytes类型
        tcpCliSock.sendall(f'** {rstr}'.encode())    #服务端加两个**,回送回去。演示的
    
    
    tcpSerSock.close()
    

    客户端

    # coding=utf-8
    from socket import *
    
    HOST = '127.0.0.1'
    SERVER_PORT = 21555    #就是服务端的绑定的端口
    BUFSIZ = 1024
    SERVER_ADDR = (HOST, SERVER_PORT)
    
    #创建socket,指明协议,赋值给变量,客户端不需要tcpSerSock.bind(ADDR),是由tcpSerSock.bind(ADDR)
    tcpCliSock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM)
    #连接远程地址和端口,发送syn,等待 syn ack,也是阻塞式的
    
    tcpCliSock.connect(SERVER_ADDR)    #服务端的地址,连接之前操作系统会分配ip地址和端口号的。tcpSerSock.bind(ADDR)。connect调用就会涉及到一个syn请求给服务端(相当于第一次握手),如果服务端处于监听的状态,就会发一个syn ack给客户端,客户端就会响应服务端。第三次握手。连接成功后,客户端就可以发送就收消息
    
    while True:
        data = input('>> ')      #让用户输入
        if  data =='':      #如果输入的内容为空,就退出这个循环
            break
        #     发送消息,必须是 bytes类型
        tcpCliSock.send(data.encode())       #send发送信息,必须要编码。encode()不指定参数就是UTF-8的方法
    
        # 阻塞式等待接收消息
        data = tcpCliSock.recv(BUFSIZ)    #接收数据,BUFSIZ是指最多接收多少个字节,如果对方发送的2000个,最对也只能接受1024个(上面定义的),剩下的,等你下次调用recv的时候,再接收回来。接收的数据对象的是字节对象,bytes,所以下面解码要decode
        # 当对方关闭连接的时候,返回空字符串
        if not data:
            break
        # 解码打印字符串
        print(data.decode())     #解码要decode,和编码相反,从字节码变成字符串
    
    tcpCliSock.close()   
    

    #演示步骤
    #在windows上查看某一个端口,有没有进程可以通过:netstat -an|find /i “21567” 查看端口使用情况
    #1.先运行服务端
    #结果:等待客户端连接…

    #2.再运行客户端
    #可以用命令行演示,运行.py文件,。可以查看端口进程

    #客户端和服务端相互聊天
    在这里插入图片描述

    在这里插入图片描述
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    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    上述代码,只能跟一个客户端连接
    因为tcpCliSock, addr = tcpSerSock.accept() 的代码在下面一直没有被调用。下面的代码都是通讯用的了
    显然和实际的情况不符,实际情况是一个服务端和多个客户端连接

    主线程不断的接收客户端的请求,子线程负责聊天
    多线程处理多个客户端连接(多线程只是一个传统的方式,现在主流的是异步)
    在while循环里面,不断地接收新的连接请求
    并创建新线程专门和新客户端进行通信
    一个线程对应一个客户端

    线程是比较昂贵的资源
    大量客户端,不断地连接断开,连接断开
    线程池的解决方法
    预先创建几百个线程,放在线程池中
    有连接请求时,
    从池中取出空闲的线程,标记为忙状态
    执行处理代码
    处理完毕后,重新标记为空闲状态
    毕竟还是同事处理的客户端数量有一定的限制
    多线程都有共享对象访问的同步问题

    一个服务端对应多个客户端

    # coding=utf-8
    
    import threading,socket
    
    HOST = ''
    PORT = 21567
    BUFSIZ = 1024
    ADDR = (HOST, PORT)
    
    # 这是新线程执行的函数,每个线程负责和一个客户端进行通信
    def on_new_client(clientsocket,addr):
        while True:
            data = clientsocket.recv(BUFSIZ)
            # 当对方关闭连接的时候,返回空字符串
            if not data:
                print('%s 关闭了连接' % addr)
                break
    
            # 接受到的是bytes类型,需要解码
            rstr = data.decode()
    
            print('%s:%s' % (addr, rstr))
            clientsocket.send(data)
    
        clientsocket.close()
    
    
    # 主线程 创建监听的socket
    serversocket = socket.socket()
    
    serversocket.bind((HOST, PORT))
    serversocket.listen(5)
    
    # 在while循环里面 不断接受新的连接请求,  创建新的socket和新的线程
    # 并创建新线程专门和这个客户端进行通信
    while True:
       clientsocket, addr = serversocket.accept()     # Establish connection with client. accept不会有超时的
       addr = str(addr)
       print('从 %s 来的连接' % addr)
       th = threading.Thread(target=on_new_client,args=(clientsocket,addr))    #创建新的线程。
       th.start()
    
    #同样可以通过命令行,创建多个客户端和服务端连接
    

    TCP传输的特点—流
    客户端,服务端可以看成之间有个虚拟的连接
    称之为流:像一根管道里面包含了两个管子
    一根收信息,一根发信息
    底层tcp协议栈有可能会将消息进行分片发送
    对方接受到消息后,底层系统会将消息放到系统缓冲中
    供应用程序调用recv(num)去取
    tcp协议底层会告诉对方,缓冲还可以存放多少字节的消息
    获取到多少字节,是不确定的,看num和缓冲的内容

    展开全文
  • Socket编程

    千次阅读 多人点赞 2019-04-19 15:12:04
    文章目录Socket编程一、计算机网络基础知识1、两台计算机间进行通讯需要以下三个条件:2、TCP/IP协议:3、TCP/IP四层模型4、IP地址5、端口6、Socket套接字:7、Java中的网络支持二、TCP编程1、TCP协议2、Java中基于...

    Socket编程

      在网络编程中,使用最多的就是Socket。像大家熟悉的QQ、MSN都使用了Socket相关的技术。

    一、计算机网络基础知识

      关于计算机网络基础知识可以参考博客:
      https://blog.csdn.net/u014644574/article/details/89301205

    1、两台计算机间进行通讯需要以下三个条件:

      IP地址、协议、端口号

    2、TCP/IP协议:

      TCP/IP是目前世界上应用最为广泛的协议,是以TCP和IP为基础的不同层次上多个协议的集合,也称TCP/IP协议族、或TCP/IP协议栈

    • TCP:Transmission Control Protocol 传输控制协议
    • IP:Internet Protocol 互联网协议

    3、TCP/IP四层模型

    • 应用层:HTTP、FTP、POP3、SMTP、Telnet、SSH、DNS等
    • 传输层:TCP/UDP
    • 网络层:IP
    • 网络接口层: 包括数据链路层(负责网络寻址)和物理层(通过物理介质:双绞线、光纤等传输二进制数据)

    4、IP地址

      为实现网络中不同计算机之间的通信,每台计算机都必须有一个唯一的标识—IP地址。使用32位二进制表示。

    5、端口

      区分一台主机的多个不同应用程序,端口号范围为0-65535,其中0-1023位为系统保留。
      如:HTTP:80 FTP:21 Telnet:23
      IP地址+端口号组成了所谓的Socket,Socket是网络上运行的程序之间双向通信链路的终结点,是TCP和UDP的基础

    6、Socket套接字:

      网络上具有唯一标识的IP地址和端口组合在一起才能构成唯一能识别的标识符套接字。

      Socket原理机制:

    • 通信的两端都有Socket
    • 网络通信其实就是Socket间的通信
    • 数据在两个Socket间通过IO传输

    7、Java中的网络支持

      针对网络通信的不同层次,Java提供了不同的API,其提供的网络功能有四大类:

    • InetAddress:用于标识网络上的硬件资源,主要是IP地址
    • URL:统一资源定位符,通过URL可以直接读取或写入网络上的数据
    • Sockets:使用TCP协议实现的网络通信Socket相关的类
    • Datagram:使用UDP协议,将数据保存在用户数据报中,通过网络进行通信。

    二、TCP编程

    1、TCP协议

      是面向连接的、可靠的、有序的、以字节流的方式发送数据,通过三次握手方式建立连接,形成传输数据的通道,在连接中进行大量数据的传输,效率会稍低

    2、Java中基于TCP协议实现网络通信的类

      客户端的Socket类
      服务器端的ServerSocket类

    3、Socket通信的步骤

    • ① 创建ServerSocket和Socket
    • ② 打开连接到Socket的输入/输出流
    • ③ 按照协议对Socket进行读/写操作
    • ④ 关闭输入输出流、关闭Socket

    4、服务器端:

    • ① 创建ServerSocket对象,绑定监听端口
    • ② 通过accept()方法监听客户端请求
    • ③ 连接建立后,通过输入流读取客户端发送的请求信息
    • ④ 通过输出流向客户端发送相应信息
    • ⑤ 关闭相关资源
    // 服务端
    // 1、创建一个服务器端Socket,即ServerSocket,指定绑定的端口,并监听此端口
    ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10086);// 1024-65535的某个端口
    // 2、调用accept()方法开始监听,等待客户端的连接
    Socket socket = serverSocket.accept();
    // 3、获取输入流,并读取客户端信息
    InputStream is = socket.getInputStream();
    InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");
    BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
    String info = null;
    while ((info = br.readLine()) != null) {
    	System.out.println("我是服务器,客户端说:" + info);
    }
    socket.shutdownInput();// 关闭输入流
    // 4、获取输出流,响应客户端的请求
    OutputStream os = socket.getOutputStream();
    PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(os, "utf-8"));
    pw.write("欢迎您!");
    pw.flush();
    // 5、关闭资源
    pw.close();
    os.close();
    br.close();
    isr.close();
    is.close();
    socket.close();
    serverSocket.close();
    

    5、客户端:

    • ① 创建Socket对象,指明需要连接的服务器的地址和端口号
    • ② 连接建立后,通过输出流想服务器端发送请求信息
    • ③ 通过输入流获取服务器响应的信息
    • ④ 关闭响应资源
    // 客户端
    // 1、创建客户端Socket,指定服务器地址和端口
    Socket socket = new Socket("192.168.9.128", 10086);
    // 2、获取输出流,向服务器端发送信息
    OutputStream os = socket.getOutputStream();// 字节输出流
    PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(os, "utf-8"));// 将输出流包装成打印流
    pw.write("用户名:admin;密码:123");
    pw.flush();
    socket.shutdownOutput();
    // 3、获取输入流,并读取服务器端的响应信息
    InputStream is = socket.getInputStream();
    BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(is, "utf-8"));
    String info = null;
    while ((info = br.readLine()) != null) {
    	System.out.println("我是客户端,服务器说:" + info);
    }
    // 4、关闭资源
    br.close();
    is.close();
    pw.close();
    os.close();
    socket.close();  
    

    6、应用多线程实现服务器与多客户端之间的通信

    • ① 服务器端创建ServerSocket,循环调用accept()等待客户端连接
    • ② 客户端创建一个socket并请求和服务器端连接
    • ③ 服务器端接受苦读段请求,创建socket与该客户建立专线连接
    • ④ 建立连接的两个socket在一个单独的线程上对话
    • ⑤ 服务器端继续等待新的连接
    package socket;
    
    import java.io.BufferedReader;
    import java.io.InputStream;
    import java.io.InputStreamReader;
    import java.io.OutputStream;
    import java.io.OutputStreamWriter;
    import java.io.PrintWriter;
    import java.net.ServerSocket;
    import java.net.Socket;
    
    /**
     * 多线程服务端
     */
    public class ServerThread extends Thread {
    
    	private Socket socket = null;
    
    	public ServerThread(Socket socket) {
    		this.socket = socket;
    	}
    
    	@Override
    	public void run() {
    		try {
    			// 3、获取输入流,并读取客户端信息
    			InputStream is = socket.getInputStream();
    			InputStreamReader isr = new InputStreamReader(is, "utf-8");
    			BufferedReader br = new BufferedReader(isr);
    			String info = null;
    			while ((info = br.readLine()) != null) {
    				System.out.println("我是服务器,客户端说:" + info);
    			}
    			socket.shutdownInput();// 关闭输入流
    			// 4、获取输出流,响应客户端的请求
    			OutputStream os = socket.getOutputStream();
    			PrintWriter pw = new PrintWriter(new OutputStreamWriter(os, "utf-8"));
    			pw.write("欢迎您!");
    			pw.flush();
    			// 5、关闭资源
    			pw.close();
    			os.close();
    			br.close();
    			isr.close();
    			is.close();
    			socket.close();
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    
    	}
    
    	public static void main(String[] args) {
    		try {
    
    			// 服务器代码
    			ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(10086);
    			Socket socket = null;
    			int count = 0;// 记录客户端的数量
    			while (true) {
    				socket = serverSocket.accept();
    				ServerThread thread = new ServerThread(socket);
    				thread.start();
    				count++;
    				System.out.println("客户端连接的数量:" + count);
    			}
    		} catch (Exception e) {
    			e.printStackTrace();
    		}
    
    	}
    }
      
    

    三、UDP编程

      UDP协议(用户数据报协议)是无连接的、不可靠的、无序的,速度快,进行数据传输时,首先将要传输的数据定义成数据报(Datagram),大小限制在64k,在数据报中指明数据索要达到的Socket(主机地址和端口号),然后再将数据报发送出去
      DatagramPacket类:表示数据报包
      DatagramSocket类:进行端到端通信的类

    1、服务器端实现步骤

    • ① 创建DatagramSocket,指定端口号
    • ② 创建DatagramPacket
    • ③ 接受客户端发送的数据信息
    • ④ 读取数据
    	// 服务器端,实现基于UDP的用户登录
    	// 1、创建服务器端DatagramSocket,指定端口
    	DatagramSocket socket = new DatagramSocket(10010);
    	// 2、创建数据报,用于接受客户端发送的数据
    	byte[] data = new byte[1024];
    	DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length);
    	// 3、接受客户端发送的数据
    	socket.receive(packet);// 此方法在接受数据报之前会一致阻塞
    	// 4、读取数据
    	String info = new String(data, 0, packet.getLength(), "utf-8");
    	System.out.println("我是服务器,客户端告诉我:" + info);
    	
    	// =========================================================
    	// 向客户端响应数据
    	// 1、定义客户端的地址、端口号、数据
    	InetAddress address = packet.getAddress();
    	int port = packet.getPort();
    	byte[] data2 = "欢迎您!".getBytes("utf-8");
    	// 2、创建数据报,包含响应的数据信息
    	DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length, address, port);
    	// 3、响应客户端
    	socket.send(packet2);
    	// 4、关闭资源
    	socket.close();
    

    2、客户端实现步骤

    • ① 定义发送信息
    • ② 创建DatagramPacket,包含将要发送的信息
    • ③ 创建DatagramSocket
    • ④ 发送数据
    	// 客户端
    	// 1、定义服务器的地址、端口号、数据
    	InetAddress address = InetAddress.getByName("192.168.9.128");
    	int port = 10010;
    	byte[] data = "用户名:admin;密码:123".getBytes("utf-8");
    	// 2、创建数据报,包含发送的数据信息
    	DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, data.length, address, port);
    	// 3、创建DatagramSocket对象
    	DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
    	// 4、向服务器发送数据
    	socket.send(packet);
    
    	// 接受服务器端响应数据
    	// ======================================
    	// 1、创建数据报,用于接受服务器端响应数据
    	byte[] data2 = new byte[1024];
    	DatagramPacket packet2 = new DatagramPacket(data2, data2.length);
    	// 2、接受服务器响应的数据
    	socket.receive(packet2);
    	String reply = new String(data2, 0, packet2.getLength(), "utf-8");
    	System.out.println("我是客户端,服务器说:" + reply);
    	// 4、关闭资源
    	socket.close();
    

    四、注意问题:

    1、多线程的优先级问题:
      根据实际的经验,适当的降低优先级,否侧可能会有程序运行效率低的情况
    2、是否关闭输出流和输入流:
      对于同一个socket,如果关闭了输出流,则与该输出流关联的socket也会被关闭,所以一般不用关闭流,直接关闭socket即可
    3、使用TCP通信传输对象,IO中序列化部分
    4、socket编程传递文件,IO流部分

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  • Linux的SOCKET编程详解

    万次阅读 多人点赞 2012-04-10 17:44:52
    Linux的SOCKET编程详解 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...

    Linux的SOCKET编程详解

     

     

     

    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

    UNIX BSD有:管道(pipe)、命名管道(named pipe)软中断信号(signal)

    UNIX system V有:消息(message)、共享存储区(shared memory)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(process ID)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:UNIX  BSD的套接字(socket)和UNIX System V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(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)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(User Data Protocol,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:

     

     

          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。

     

     

    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。

         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。

          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(Process Control Block)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)。

    详细内容请看linux文件系统http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/6122513#t7

     

     

     

    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

            int  socket(int protofamily, int type, int protocol);//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(socket descriptor),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_STREAMSOCK_DGRAMSOCK_RAWSOCK_PACKETSOCK_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_TCPIPPTOTO_UDPIPPROTO_SCTPIPPROTO_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(address family,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_INETAF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    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const struct sockaddr *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: 
      struct sockaddr_in {
          sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
          in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
          struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
      };
      
      /* Internet address. */
      struct in_addr {
          uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
      };
      ipv6对应的是: 
      struct sockaddr_in6 { 
          sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
          in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
          uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
          struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
          uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
      };
      
      struct in6_addr { 
          unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
      };
      Unix域对应的是: 
      #define UNIX_PATH_MAX    108
      
      struct sockaddr_un { 
          sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
          char        sun_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32 bit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。

    int listen(int sockfd, int backlog);
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    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。

    int accept(int sockfd, struct sockaddr *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_t read(int fd, void *buf, size_t count);
           ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
    
           #include <sys/types.h>
           #include <sys/socket.h>
    
           ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
           ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
    
           ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                          const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
           ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                            struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    
           ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
           ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);
    

    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>
    int close(int fd);

    close一个TCP socket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-way handshake),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(Synchronize Sequence Numbers)。

    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SYN J包,这时connect进入阻塞状态;服务器监听到连接请求,即收到SYN J包,调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ,ACK J+1,这时accept进入阻塞状态;客户端收到服务器的SYN K ,ACK J+1之后,这时connect返回,并对SYN K进行确认;服务器收到ACK K+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 -iany tcp port 9502

     

    然后我们使用telnet 127.0.0.1 9502开连接.:

    telnet 127.0.0.1 9502

     

    14:12:45.104687 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [S], seq 2927179378, win 32792, options [mss 16396,sackOK,TS val 255474104 ecr 0,nop,wscale 3], length 0(1)
    14:12:45.104701 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [S.], seq 1721825043, ack 2927179379, win 32768, options [mss 16396,sackOK,TS val 255474104 ecr 255474104,nop,wscale 3], length 0  (2)
    14:12:45.104711 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [.], ack 1, win 4099, options [nop,nop,TS val 255474104 ecr 255474104], length 0  (3)


    14:13:01.415407 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [P.], seq 1:8, ack 1, win 4099, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255474104], length 7
    14:13:01.415432 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [.], ack 8, win 4096, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 0
    14:13:01.415747 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [P.], seq 1:19, ack 8, win 4096, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 18
    14:13:01.415757 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [.], ack 19, win 4097, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 0

     

    • 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
    • win 4099 是指滑动窗口大小
    • length 18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:

    14:12:45.104687 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [S], seq 2927179378

    客户端IP localhost.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:

    14:12:45.104701 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [S.], seq 1721825043, ack 2927179379,

    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= syn seq 1721825043。
    ACK为j+1 =(ack=j+1)=ack 2927179379 

     

    第三次握手:

    14:12:45.104711 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [.], ack 1,

    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。

    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:

    IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [P.], seq 1:8, ack 1, win 4099, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255474104], length 7

    客户端向服务器发送长度为7个字节的数据,

     

    IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [.], ack 8, win 4096, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 0

    服务器向客户确认已经收到数据

     

     IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [P.], seq 1:19, ack 8, win 4096, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 18

    然后服务器同时向客户端写入数据。

     

     IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [.], ack 19, win 4097, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 0

    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FIN M;

    • 另一端接收到FIN M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FIN N;

    • 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。

     

    /* File Name: 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>
    #define DEFAULT_PORT 8000
    #define MAXLINE 4096
    int main(int argc, char** argv)
    {
        int    socket_fd, connect_fd;
        struct sockaddr_in     servaddr;
        char    buff[4096];
        int     n;
        //初始化Socket
        if( (socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){
        printf("create socket error: %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, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){
        printf("bind socket error: %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("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
        exit(0);
        }
        printf("======waiting for client's request======\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, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){
            printf("accept socket error: %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,you are connected!\n", 26,0) == -1)
            perror("send error");
            close(connect_fd);
            exit(0);
        }
        buff[n] = '\0';
        printf("recv msg from client: %s\n", buff);
        close(connect_fd);
        }
        close(socket_fd);
    }

     

     

    客户端:

     

    /* File Name: 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>
    
    #define MAXLINE 4096
    
    
    int main(int argc, char** argv)
    {
        int    sockfd, n,rec_len;
        char    recvline[4096], sendline[4096];
        char    buf[MAXLINE];
        struct sockaddr_in    servaddr;
    
    
        if( argc != 2){
        printf("usage: ./client <ipaddress>\n");
        exit(0);
        }
    
    
        if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){
        printf("create socket error: %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_pton error for %s\n",argv[1]);
        exit(0);
        }
    
    
        if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){
        printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);
        exit(0);
        }
    
    
        printf("send msg to server: \n");
        fgets(sendline, 4096, stdin);
        if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)
        {
        printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
        exit(0);
        }
        if((rec_len = recv(sockfd, buf, MAXLINE,0)) == -1) {
           perror("recv error");
           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。

     

    int inet_pton(int af, const char *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 -o server server.c

    启动进程:

    ./server

    显示结果:

    ======waiting for client's request======

    并等待客户端连接。

    编译 client.c

    gcc -o client client.c

    客户端去连接server:

    ./client 127.0.0.1 

    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:

    telnet 127.0.0.1 8000

     

    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 -L libc6-dev | grep types.h 查看。
    如果没有,可以使用
    apt-get install libc6-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。

    (部分内容来自吴秦http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html)

     

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    千次下载 2008-01-01 11:32:13
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  • 网络编程学习笔记一:Socket编程

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    话虽些许夸张,但是事实也是,现在的网络编程几乎都是用的socket。 ——有感于实际编程和开源项目研究。 我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页时,浏览器的进程怎么与...

    “一切皆Socket!”

    话虽些许夸张,但是事实也是,现在的网络编程几乎都是用的socket。

    ——有感于实际编程和开源项目研究。

    我们深谙信息交流的价值,那网络中进程之间如何通信,如我们每天打开浏览器浏览网页时,浏览器的进程怎么与web服务器通信的?当你用QQ聊天时,QQ进程怎么与服务器或你好友所在的QQ进程通信?这些都得靠socket?那什么是socket?socket的类型有哪些?还有socket的基本函数,这些都是本文想介绍的。本文的主要内容如下:

    • 1、网络中进程之间如何通信?
    • 2、Socket是什么?
    • 3、socket的基本操作
      • 3.1、socket()函数
      • 3.2、bind()函数
      • 3.3、listen()、connect()函数
      • 3.4、accept()函数
      • 3.5、read()、write()函数等
      • 3.6、close()函数
    • 4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
    • 5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
    • 6、一个例子(实践一下)
    • 7、留下一个问题,欢迎大家回帖回答!!!

    1、网络中进程之间如何通信?

    本地的进程间通信(IPC)有很多种方式,但可以总结为下面4类:

    • 消息传递(管道、FIFO、消息队列)
    • 同步(互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量)
    • 共享内存(匿名的和具名的)
    • 远程过程调用(Solaris门和Sun RPC)

    但这些都不是本文的主题!我们要讨论的是网络中进程之间如何通信?首要解决的问题是如何唯一标识一个进程,否则通信无从谈起!在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程,但是在网络中这是行不通的。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:UNIX  BSD的套接字(socket)和UNIX System V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Socket?

    上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的,那什么是socket呢?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。我的理解就是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),这些函数我们在后面进行介绍。

    socket一词的起源

    在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的,撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载,Croker写道:“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端,而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道:“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”

    3、socket的基本操作

    既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现,那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例,介绍几个基本的socket接口函数。

    3.1、socket()函数

    int socket(int domain, int type, int protocol);

     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(socket descriptor),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:

    • domain:即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INETAF_INET6AF_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_STREAMSOCK_DGRAMSOCK_RAWSOCK_PACKETSOCK_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_TCPIPPTOTO_UDPIPPROTO_SCTPIPPROTO_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(address family,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。

    3.2、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_INETAF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

    int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    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const struct sockaddr *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: 
      struct sockaddr_in {
          sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
          in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
          struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
      };
      
      /* Internet address. */
      struct in_addr {
          uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
      };

      ipv6对应的是: 

      struct sockaddr_in6 { 
          sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
          in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
          uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
          struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
          uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
      };
      
      struct in6_addr { 
          unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
      };

      Unix域对应的是: 

      #define UNIX_PATH_MAX    108
      
      struct sockaddr_un { 
          sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
          char        sun_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32 bit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。

    3.3、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。

    int listen(int sockfd, int backlog);
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    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。

    3.4、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()之后就想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。

    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

    accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字,第二个参数为指向struct sockaddr *的指针,用于返回客户端的协议地址,第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功,那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字,代表与返回客户的TCP连接。

    注意:accept的第一个参数为服务器的socket描述字,是服务器开始调用socket()函数生成的,称为监听socket描述字;而accept函数返回的是已连接的socket描述字。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。

    3.5、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_t read(int fd, void *buf, size_t count);
           ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
    
           #include <sys/types.h>
           #include <sys/socket.h>
    
           ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
           ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
    
           ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                          const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
           ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                            struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
    
           ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
           ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

    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。

    3.6、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>
    int close(int fd);

    close一个TCP socket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。

    4、socket中TCP的三次握手建立连接详解

    我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”,即交换三个分组。大致流程如下:

    • 客户端向服务器发送一个SYN J
    • 服务器向客户端响应一个SYN K,并对SYN J进行确认ACK J+1
    • 客户端再想服务器发一个确认ACK K+1

    只有就完了三次握手,但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢?请看下图:

    image

    图1、socket中发送的TCP三次握手

    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SYN J包,这时connect进入阻塞状态;服务器监听到连接请求,即收到SYN J包,调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ,ACK J+1,这时accept进入阻塞状态;客户端收到服务器的SYN K ,ACK J+1之后,这时connect返回,并对SYN K进行确认;服务器收到ACK K+1时,accept返回,至此三次握手完毕,连接建立。

    总结:客户端的connect在三次握手的第二个次返回,而服务器端的accept在三次握手的第三次返回。

    5、socket中TCP的四次握手释放连接详解

    上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程,及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程,请看下图:

    image

    图2、socket中发送的TCP四次握手

    图示过程如下:

    • 某个应用进程首先调用close主动关闭连接,这时TCP发送一个FIN M;
    • 另一端接收到FIN M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FIN N;
    • 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。

    6、一个例子(实践一下)

    说了这么多了,动手实践一下。下面编写一个简单的服务器、客户端(使用TCP)——服务器端一直监听本机的6666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;客户端与服务器端建立连接并发送一条消息。

    服务器端代码:

    #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<errno.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h>
    #define MAXLINE 4096 int main(int argc, char** argv) { int listenfd, connfd; struct sockaddr_in servaddr; 
    char buff[4096]; int n;
    if( (listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){ printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } 
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); 
    servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); servaddr.sin_port = htons(6666); 
    if( bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){ printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } 
    if( listen(listenfd, 10) == -1){ printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } 
    printf("======waiting for client's request======\n"); 
    while(1){ if( (connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){ printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno); continue; } n = recv(connfd, buff, MAXLINE, 0); buff[n] = '\0'; 
    printf("recv msg from client: %s\n", buff); close(connfd); } close(listenfd); }

    客户端代码:

    #include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<errno.h> #include<sys/types.h> #include<sys/socket.h> #include<netinet/in.h> 
    #define MAXLINE 4096 int main(int argc, char** argv) { int sockfd, n; char recvline[4096], sendline[4096]; 
    struct sockaddr_in servaddr; if( argc != 2){ printf("usage: ./client <ipaddress>\n"); exit(0); } if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){ printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno); 
    exit(0); } memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); servaddr.sin_family = AF_INET; servaddr.sin_port = htons(6666); if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){ printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]); exit(0); } 
    if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){ printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno); exit(0); } 
    printf("send msg to server: \n"); fgets(sendline, 4096, stdin); 
    if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0) { printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno); exit(0); } close(sockfd); exit(0); }

    当然上面的代码很简单,也有很多缺点,这就只是简单的演示socket的基本函数使用。其实不管有多复杂的网络程序,都使用的这些基本函数。上面的服务器使用的是迭代模式的,即只有处理完一个客户端请求才会去处理下一个客户端的请求,这样的服务器处理能力是很弱的,现实中的服务器都需要有并发处理能力!为了需要并发处理,服务器需要fork()一个新的进程或者线程去处理请求等。

    7、动动手

    留下一个问题,欢迎大家回帖回答!!!是否熟悉Linux下网络编程?如熟悉,编写如下程序完成如下功能:

    服务器端:

    接收地址192.168.100.2的客户端信息,如信息为“Client Query”,则打印“Receive Query”

    客户端:

    向地址192.168.100.168的服务器端顺序发送信息“Client Query test”,“Cleint Query”,“Client Query Quit”,然后退出。

    题目中出现的ip地址可以根据实际情况定。

    ——本文只是介绍了简单的socket编程。

    更为复杂的需要自己继续深入。

    (unix domain socket)使用udp发送>=128K的消息会报ENOBUFS的错误(一个实际socket编程中遇到的问题,希望对你有帮助)

     

     

    作者:吴秦
    出处:http://www.cnblogs.com/skynet/
    本文基于署名 2.5 中国大陆许可协议发布,欢迎转载,演绎或用于商业目的,但是必须保留本文的署名吴秦(包含链接).

    http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html

     

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