TCP/IP网络编程深入认识

TCP/IP网络编程深入认识

• TCP网络编程中connect()、listen()和accept()三者之间的关系

基于 TCP 的网络编程开发分为服务器端和客户端两部分，常见的核心步骤和流程如下：

• connect函数：对于客户端的 connect() 函数，该函数的功能为客户端主动连接服务器，建立连接是通过三次握手，而这个连接的过程是由内核完成，不是这个函数完成的，这个函数的作用仅仅是通知 Linux 内核，让 Linux 内核自动完成 TCP 三次握手连接，最后把连接的结果返回给这个函数的返回值（成功连接为0， 失败为-1）。通常的情况，客户端的 connect() 函数默认会一直阻塞，直到三次握手成功或超时失败才返回（正常的情况，这个过程很快完成）。
• listen函数：对于服务器，它是被动连接的。listen() 函数的主要作用就是将套接字( sockfd )变成被动的连接监听套接字（被动等待客户端的连接），至于参数 backlog 的作用是设置内核中连接队列的长度（这个长度有什么用，后面做详细的解释），TCP 三次握手也不是由这个函数完成，listen()的作用仅仅告诉内核一些信息。 

#include<sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

这里需要注意的是，listen()函数不会阻塞，它主要做的事情：将该套接字和套接字对应的连接队列长度告诉 Linux 内核，然后，listen()函数就结束。这样的话，当有一个客户端主动连接（connect()），Linux 内核就自动完成TCP 三次握手，将建立好的链接自动存储到队列中，如此重复。所以，只要 TCP 服务器调用了 listen()，客户端就可以通过 connect() 和服务器建立连接，而这个连接的过程是由内核完成。

listen函数中的backlog参数作用：告诉内核连接队列的长度（即为两个队列的长度）。

内核为任何一个给定的监听套接口维护两个队列：1. 未完成连接队列（incomplete connection queue），每个这样的 SYN 分节对应其中一项：已由某个客户发出并到达服务器，而服务器正在等待完成相应的 TCP 三次握手过程。这些套接口处于 SYN_RCVD 状态。2. 完成连接队列（completed connection queue），每个已完成 TCP 三次握手过程的客户对应其中一项。这些套接口处于 ESTABLISHED 状态。

当来自客户的 SYN 到达时，TCP 在未完成连接队列中创建一个新项，然后响应以三次握手的第二个分节：服务器的 SYN 响应，其中稍带对客户 SYN 的 ACK（即SYN+ACK），这一项一直保留在未完成连接队列中，直到三次握手的第三个分节（客户对服务器 SYN 的 ACK ）到达或者该项超时为止。如果三次握手正常完成，该项就从未完成连接队列移到已完成连接队列的队尾。

• accpet函数：accept()函数功能是，从处于 established 状态的连接队列头部取出一个已经完成的连接，如果这个队列没有已经完成的连接，accept()函数就会阻塞，直到取出队列中已完成的用户连接为止。

如果，服务器不能及时调用 accept() 取走队列中已完成的连接，队列满掉后会怎样呢？，例如等所有客户端调用connect完毕后，服务器再调用accept函数——出现情况：Unix服务器的连接队列满掉后，服务器不会对再对建立新连接的syn进行应答，所以客户端的 connect 就会返回 ETIMEDOUT。但实际上Linux的并不是这样的！TCP 的连接队列满后，Linux 不会如书中所说的拒绝连接，只是有些会延时连接，有的 connect()立刻成功返回了。对于服务器 accpet() 函数也是这样的结果：有的立马成功返回，有较大延迟后成功返回。而且accept()未必能把已经建立好的连接全部取出来（如：当队列的长度指定为 0 ）

故写程序时服务器的 listen() 的第二个参数最好还是根据需要填写，写太大不好（具体可以看cat /proc/sys/net/core/somaxconn，默认最大值限制是 128），浪费资源，写太小也不好，延时建立连接。