第03章基本TCP套接口編程

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1、Tcp套接字編程TCP套接字編程（cont.）基本套接字函數(shù)socket#include int socket(int family,int type,int protocol)返回：非負(fù)套接字（sockfd）成功；-1出錯(cuò)。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(bào)套接口AF_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Protocol：指明此so

2、cket請(qǐng)求所使用的協(xié)議，可以使用如下相關(guān)符號(hào)常數(shù)來(lái)表示。IPPROTO_TCP:表示TCP協(xié)議IPPROTO_UDP:表示UDP協(xié)議基本套接字函數(shù)bind#include int bind(int sockfd,const struct sockaddr*addr,socklen_len len)返回：0成功；-1出錯(cuò)并置errnon該函數(shù)指明套接字將使用本地的哪一個(gè)協(xié)議端口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送（IP地址和端口號(hào)），注意：協(xié)議地址addr是通用地址。nLen是該地址結(jié)構(gòu)（第二個(gè)參數(shù)）的長(zhǎng)度。n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。綁定地址時(shí)，可以指定地址和端口號(hào)，也可以指定其中之一，甚至一

3、個(gè)也不指定。通配地址：INADDR_ANY，其值一般為0，它通知內(nèi)核選擇IP地址。IP地址 端口 結(jié)果通配地址 0 內(nèi)核選擇IP地址和端口號(hào)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(hào) 若指定端口號(hào)為0，調(diào)用函數(shù)bind時(shí)，內(nèi)核選擇一個(gè)臨時(shí)端口(在實(shí)際中，端口號(hào)都要指定)；但若指定一個(gè)通配IP地址，則直到套接字已連接（TCP）或數(shù)據(jù)報(bào)已在套接字上發(fā)出（UDP），內(nèi)核才選擇一個(gè)本地IP地址。bind函數(shù)的用法struct sockaddr_in addr;int port=1234;int opt=SO_REU

4、SEADDR;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(cuò)誤處理*/基本套接字函數(shù)listen#include int listen(int sockfd,int backlog)返回：0

5、成功；-1出錯(cuò)并置errno值；n函數(shù)listen僅被服務(wù)器調(diào)用,它完成兩件事情：n函數(shù)listen將未連接的套接字轉(zhuǎn)化成被動(dòng)套接字，指示內(nèi)核應(yīng)接受指向此套接字的連接請(qǐng)求；n函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)規(guī)定了內(nèi)核為此套接字排隊(duì)的最大連接個(gè)數(shù)；n對(duì)于給定的監(jiān)聽(tīng)套接字，內(nèi)核要維護(hù)兩個(gè)隊(duì)列n未完成連接隊(duì)列n已完成連接隊(duì)列n兩個(gè)隊(duì)列之和不超過(guò)backlog;客戶服務(wù)器Connect調(diào)用在未完成隊(duì)列建立條目SYN JSYN K,ack J+1ack K+1該條目從未完成隊(duì)列移至已完成隊(duì)列，accept阻塞Connect返回TCP三路握手和監(jiān)聽(tīng)套接口的兩個(gè)隊(duì)列l(wèi)isten函數(shù)（續(xù)）三路握手完成兩隊(duì)列之和不能超過(guò)bac

6、klog已完成連接隊(duì)列(ESTABLISHED狀態(tài))未完成連接隊(duì)列(SYN_RCVD狀態(tài))新到達(dá)的SYN分節(jié)服務(wù)器TCPacceptTCPTCP為監(jiān)聽(tīng)套接口維護(hù)的兩個(gè)隊(duì)列為監(jiān)聽(tīng)套接口維護(hù)的兩個(gè)隊(duì)列l(wèi)isten函數(shù)（續(xù)）另外幾點(diǎn)說(shuō)明：n不同的實(shí)現(xiàn)對(duì)backlog有不同的解釋，如源自Berkeley的實(shí)現(xiàn)將backlog增加一個(gè)模糊因子，把它乘以1.5，再作為兩個(gè)隊(duì)列之和；n不要把backlog定義為0，因?yàn)橛行?shí)現(xiàn)允許1個(gè)連接排隊(duì)，而有些實(shí)現(xiàn)不允許有連接排隊(duì)；n當(dāng)一個(gè)客戶SYN到達(dá)時(shí)，若兩個(gè)隊(duì)列都是滿的，tcp就忽略此分節(jié)，且不發(fā)送RST。這是因?yàn)?，這種情況是暫時(shí)的，客戶tcp將重發(fā)SYN，期望

7、不久的將來(lái)就能在隊(duì)列中找到空閑條目。n n如果發(fā)送如果發(fā)送RSTRST，將會(huì)出現(xiàn)？將會(huì)出現(xiàn)？基本套接字函數(shù)connect#include int connect(int sockfd,const struct sockaddr*addr,socklen_t addrlen);返回：0成功；-1出錯(cuò)；n函數(shù)connect激發(fā)TCP的三路握手過(guò)程；僅在成功或出錯(cuò)返回；錯(cuò)誤有以下幾種情況：n如果客戶沒(méi)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。n如果對(duì)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(méi)有進(jìn)程在等待與之相連。函數(shù)返回錯(cuò)

8、誤ECONNREFUSED；n如果客戶發(fā)出的SYN在中間路由器上引發(fā)一個(gè)目的地不可達(dá)ICMP錯(cuò)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(shí)間，返回保存的消息（即ICMP錯(cuò)誤）作為EHOSTUNREACH或ENETUNREACH錯(cuò)誤返回給進(jìn)程?；咎捉幼趾瘮?shù)accept#include int accept(int sockfd,struct sockaddr*cliaddr,socklen_t*addrlen);返回：非負(fù)描述字（connfd）OK；-1出錯(cuò)；naccept函數(shù)由TCP服務(wù)器調(diào)用；從已完成連接隊(duì)列頭返回下一個(gè)已完成連接；如果該隊(duì)列空，則進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)

9、。n函數(shù)返回的套接字為已連接套接字，應(yīng)與監(jiān)聽(tīng)套接字區(qū)分開(kāi)來(lái)n該函數(shù)最多返回三個(gè)值返回三個(gè)值：一個(gè)既可能是新套接字也可能是錯(cuò)誤指示的整數(shù)，一個(gè)客戶進(jìn)程的協(xié)議地址（由cliaddr所指），以及該地址的大?。ㄟ@后兩個(gè)參數(shù)是值結(jié)果參數(shù)）；也就是說(shuō)，服務(wù)器可以通過(guò)參數(shù)cliaddr來(lái)得到請(qǐng)求連接并獲得成功的客戶的地址和端口號(hào)；基本套接字函數(shù)close#include int close(int sockfd);返回:0OK；-1出錯(cuò)；nclose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(gè)套接字不能再為該進(jìn)程所用。n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)

10、送已排隊(duì)的數(shù)據(jù)；n如果套接字描述符訪問(wèn)計(jì)數(shù)在調(diào)用close后大于0（在多個(gè)進(jìn)程共享同一個(gè)套接字的情況下），則不會(huì)引發(fā)TCP終止序列（即不會(huì)發(fā)送FIN分節(jié)）；基本套接字函數(shù)-shutdown#include int shutdown(int sockfd,int howto);返回:0OK；-1出錯(cuò)，并置相應(yīng)的errno的值；n該函數(shù)立即發(fā)送FIN分節(jié)（無(wú)論其訪問(wèn)計(jì)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；nSHUT_RD：關(guān)閉連接的讀這一半，不再接收套接字中的數(shù)據(jù)且現(xiàn)留在接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)作廢；nSHUT_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)

11、中的數(shù)據(jù)都被發(fā)送，后跟tcp連接終止序列，不管訪問(wèn)計(jì)數(shù)是否大于0；此后將不能在執(zhí)行對(duì)套接字的任何寫操作；nSHUT_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。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返回大于0客戶服務(wù)器調(diào)用shutdown關(guān)閉一半TCP連接基本套接字函數(shù)read#include int read(int fd,char*buf,

12、int len);返回:大于0讀寫字節(jié)大?。?1出錯(cuò)；n調(diào)用函數(shù)read時(shí)，有如下幾種情況：n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)；ntcp協(xié)議收到FIN數(shù)據(jù)，返回0；ntcp協(xié)議收到RST數(shù)據(jù)，返回1，同時(shí)errno為ECONNRESET；n進(jìn)程阻塞過(guò)程中接收到信號(hào)，返回1，同時(shí)errno為EINTR。read（connfd，buff，strlen（buff）;基本套接字函數(shù)write#include int write(int fd,char*buf,int len);返回:大于0讀寫字節(jié)大??；-1出錯(cuò)；n調(diào)用函數(shù)write，有如下幾種情況：n套接字發(fā)送緩沖區(qū)有足夠空間，返回發(fā)送的

13、字節(jié)數(shù)；ntcp協(xié)議接收到RST數(shù)據(jù)，返回1，同時(shí)errno為ECONNRESET；n進(jìn)程阻塞過(guò)程中接收到信號(hào)，返回1，同時(shí)errno為EINTR。write（connfd，buff，strlen（buff）;數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)send#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(zhǎng)度；-1出錯(cuò)；nflags 是傳輸控制標(biāo)志，其值定義如下：n0：常規(guī)操作，如同write()函數(shù)nMSG_OOB，發(fā)送帶外數(shù)據(jù)(TCP緊急數(shù)據(jù))。nMSG_DONTROUTE：忽略底層協(xié)議的路由設(shè)

14、置，只能將數(shù)據(jù)發(fā)送給與發(fā)送機(jī)處在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的機(jī)器上。數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)recv#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(zhǎng)度；0:對(duì)方已關(guān)閉，-1:出錯(cuò)。nflags是傳輸控制標(biāo)志，其值定義如下：n0：常規(guī)操作，如同read()函數(shù)；nMSG_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)；nMSG_OOB：忽略常規(guī)數(shù)據(jù)，而只讀帶外數(shù)據(jù)；nMSG_WAITALL：recv函數(shù)只有在將接收緩沖區(qū)填滿后才返回。TCP套接字編程n實(shí)現(xiàn)TCP套接字基本步驟分為服

15、務(wù)器端和客戶端兩部分：n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(tīng)模式，進(jìn)入被動(dòng)接受連接狀態(tài)；接受請(qǐng)求，建立連接讀寫數(shù)據(jù)終止連接TCP套接字編程（cont.）n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服務(wù)器模板int main(void)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_s

16、ock=accept(sockfd,NULL,NULL)=-1)perror(“Accept error.”);exit(-1);/*read and process request*/close(connect_sock);close(sockfd);TCP客戶模板/*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 r

17、equst and receive response*/close(sockfd);TCP套接字例程n采用客戶/服務(wù)器模式，完成下列功能：n客戶根據(jù)用戶提供的IP地址，連接相應(yīng)的服務(wù)器；n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；n客戶接收服務(wù)器發(fā)送的信息并顯示；三種異常情況n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)器程序的反映；n服務(wù)器主機(jī)崩潰n服務(wù)器主機(jī)崩潰后重啟n服務(wù)器主機(jī)關(guān)機(jī)。服務(wù)器主機(jī)崩潰n服務(wù)器主機(jī)崩潰時(shí)，已有的網(wǎng)絡(luò)連接上發(fā)不出任何東西。n同時(shí)假設(shè)應(yīng)用程序發(fā)出數(shù)據(jù)后，然后阻塞于從套接字讀取響應(yīng)。n由于服務(wù)器主機(jī)崩潰，因此客戶tcp會(huì)持

18、續(xù)重傳數(shù)據(jù)分節(jié)，試圖從服務(wù)器接收一個(gè)ACK：源自Berkeley的實(shí)現(xiàn)將重傳12次。當(dāng)客戶tcp最終放棄時(shí)，返回給客戶一個(gè)錯(cuò)誤，此時(shí)錯(cuò)誤是ETIMEDOUT，或者是因?yàn)橹虚g路由器判定服務(wù)器主機(jī)不可達(dá)，且以一個(gè)目的地不可達(dá)的ICMP消息響應(yīng)，則錯(cuò)誤是EHOSTUNREACH或ENETUNREACH。n通過(guò)設(shè)置套接字選項(xiàng)可以更改tcp持續(xù)重傳等待的超時(shí)時(shí)間。服務(wù)器主機(jī)崩潰后重啟n在這種情況下，如果客戶在主機(jī)崩潰重啟前不主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)，那么客戶是不會(huì)知道服務(wù)器已崩潰的。在服務(wù)器重啟后，客戶向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)分節(jié)；n由于服務(wù)器重啟后丟失了以前的連接信息（盡管在服務(wù)端口上有進(jìn)程監(jiān)聽(tīng)，但連接套接字所在的端

19、口無(wú)進(jìn)程等待），因此導(dǎo)致服務(wù)器主機(jī)的tcp響應(yīng)RST；n當(dāng)客戶tcp收到RST，向客戶返回錯(cuò)誤，ECONNRESETn如果客戶對(duì)服務(wù)器的崩潰情況很關(guān)心，即使客戶不主動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)也這樣，就需要其他技術(shù)支持（如套接口選項(xiàng)SO_KEEPALIVE或某些客戶服務(wù)器心跳函數(shù)）。服務(wù)器主機(jī)關(guān)機(jī)n當(dāng)Linux主機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)，由init進(jìn)程給所有運(yùn)行的進(jìn)程發(fā)信號(hào)SIGTERM（我們的服務(wù)器程序可以捕獲該信號(hào)，并在信號(hào)處理程序中正常關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)連接）。n如果服務(wù)器程序忽略了SIGTERM信號(hào)，則init進(jìn)程會(huì)等待一段固定的時(shí)間（通常是5s20s），然后給所有還在運(yùn)行的程序發(fā)信號(hào)SIGKILL（該信號(hào)不能由服務(wù)器程序捕獲）；服務(wù)器將由信號(hào)SIGKILL終止，其終止時(shí)，所有打開(kāi)的描述字被關(guān)閉，這導(dǎo)致向客戶發(fā)送FIN分節(jié)；n客戶收到FIN分節(jié)后，能推斷出服務(wù)器將終止服務(wù)。