目錄
一、通訊示意圖
二、函數詳解
1、socket()函數
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket函數對應於普通文件的打開操作。普通文件的打開操作返回一個文件描述字,而socket()用於創建一個socket描述符(socket descriptor),它唯一標識一個socket。這個socket描述字跟文件描述字一樣,後續的操作都有用到它,把它作爲參數,通過它來進行一些讀寫操作。
正如可以給fopen的傳入不同參數值,以打開不同的文件。創建socket的時候,也可以指定不同的參數創建不同的socket描述符,socket函數的三個參數分別爲:
- domain:即協議域,又稱爲協議族(family)。常用的協議族有,AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(或稱AF_UNIX,Unix域socket)、AF_ROUTE等等。協議族決定了socket的地址類型,在通信中必須採用對應的地址,如AF_INET決定了要用ipv4地址(32位的)與端口號(16位的)的組合、AF_UNIX決定了要用一個絕對路徑名作爲地址。
- type:指定socket類型。常用的socket類型有,SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等(socket的類型有哪些?)。
- protocol:故名思意,就是指定協議。常用的協議有,IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等,它們分別對應TCP傳輸協議、UDP傳輸協議、STCP傳輸協議、TIPC傳輸協議(這個協議我將會單獨開篇討論!)。
注意:並不是上面的type和protocol可以隨意組合的,如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP組合。當protocol爲0時,會自動選擇type類型對應的默認協議。
當我們調用socket創建一個socket時,返回的socket描述字它存在於協議族(address family,AF_XXX)空間中,但沒有一個具體的地址。如果想要給它賦值一個地址,就必須調用bind()函數,否則就當調用connect()、listen()時系統會自動隨機分配一個端口。
2、bind()函數
正如上面所說bind()函數把一個地址族中的特定地址賦給socket。例如對應AF_INET、AF_INET6就是把一個ipv4或ipv6地址和端口號組合賦給socket。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函數的三個參數分別爲:
- sockfd:即socket描述字,它是通過socket()函數創建了,唯一標識一個socket。bind()函數就是將給這個描述字綁定一個名字。
- addr:一個const struct sockaddr *指針,指向要綁定給sockfd的協議地址。這個地址結構根據地址創建socket時的地址協議族的不同而不同,如ipv4對應的是:
struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; in_port_t sin_port; struct in_addr sin_addr; }; struct in_addr { uint32_t s_addr; };
ipv6對應的是:struct sockaddr_in6 { sa_family_t sin6_family; in_port_t sin6_port; uint32_t sin6_flowinfo; struct in6_addr sin6_addr; uint32_t sin6_scope_id; }; struct in6_addr { unsigned char s6_addr[16]; };
- addrlen:對應的地址長度
3、listen()、connect()函數
如果作爲一個服務器,在調用socket()、bind()之後就會調用listen()來監聽這個socket,如果客戶端這時調用connect()發出連接請求,服務器端就會接收到這個請求。
int listen(int sockfd, int backlog); int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen函數的第一個參數即爲要監聽的socket描述字,第二個參數爲相應socket可以排隊的最大連接個數。socket()函數創建的socket默認是一個主動類型的,listen函數將socket變爲被動類型的,等待客戶的連接請求。
connect函數的第一個參數即爲客戶端的socket描述字,第二參數爲服務器的socket地址,第三個參數爲socket地址的長度。客戶端通過調用connect函數來建立與TCP服務器的連接。
4、accept()函數
TCP服務器端依次調用socket()、bind()、listen()之後,就會監聽指定的socket地址了。TCP客戶端依次調用socket()、connect()之後就想TCP服務器發送了一個連接請求。TCP服務器監聽到這個請求之後,就會調用accept()函數取接收請求,這樣連接就建立好了。之後就可以開始網絡I/O操作了,即類同於普通文件的讀寫I/O操作。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept函數的第一個參數爲服務器的socket描述字,第二個參數爲指向struct sockaddr *的指針,用於返回客戶端的協議地址,第三個參數爲協議地址的長度。如果accpet成功,那麼其返回值是由內核自動生成的一個全新的描述字,代表與返回客戶的TCP連接。
注意:accept的第一個參數爲服務器的socket描述字,是服務器開始調用socket()函數生成的,稱爲監聽socket描述字;而accept函數返回的是已連接的socket描述字。一個服務器通常通常僅僅只創建一個監聽socket描述字,它在該服務器的生命週期內一直存在。內核爲每個由服務器進程接受的客戶連接創建了一個已連接socket描述字,當服務器完成了對某個客戶的服務,相應的已連接socket描述字就被關閉。
5、read()、write()等函數
萬事具備只欠東風,至此服務器與客戶已經建立好連接了。可以調用網絡I/O進行讀寫操作了,即實現了網咯中不同進程之間的通信!網絡I/O操作有下面幾組:
- read()/write()
- recv()/send()
- readv()/writev()
- recvmsg()/sendmsg()
- recvfrom()/sendto()
我推薦使用recvmsg()/sendmsg()函數,這兩個函數是最通用的I/O函數,實際上可以把上面的其它函數都替換成這兩個函數。它們的聲明如下:
#include ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); #include #include 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函數是負責從fd中讀取內容.當讀成功時,read返回實際所讀的字節數,如果返回的值是0表示已經讀到文件的結束了,小於0表示出現了錯誤。如果錯誤爲EINTR說明讀是由中斷引起的,如果是ECONNREST表示網絡連接出了問題。
write函數將buf中的nbytes字節內容寫入文件描述符fd.成功時返回寫的字節 數。失敗時返回-1,並設置errno變量。在網絡程序中,當我們向套接字文件描述符寫時有倆種可能。1)write的返回值大於0,表示寫了部分或者是 全部的數據。2)返回的值小於0,此時出現了錯誤。我們要根據錯誤類型來處理。如果錯誤爲EINTR表示在寫的時候出現了中斷錯誤。如果爲EPIPE表示 網絡連接出現了問題(對方已經關閉了連接)。
其它的我就不一一介紹這幾對I/O函數了,具體參見man文檔或者baidu、Google,下面的例子中將使用到send/recv。
6、close()函數
在服務器與客戶端建立連接之後,會進行一些讀寫操作,完成了讀寫操作就要關閉相應的socket描述字,好比操作完打開的文件要調用fclose關閉打開的文件。
#include int close(int fd);
close一個TCP socket的缺省行爲時把該socket標記爲以關閉,然後立即返回到調用進程。該描述字不能再由調用進程使用,也就是說不能再作爲read或write的第一個參數。
注意:close操作只是使相應socket描述字的引用計數-1,只有當引用計數爲0的時候,纔會觸發TCP客戶端向服務器發送終止連接請求。
7、sockaddr_in和sockaddr詳解
詳見:https://blog.csdn.net/will130/article/details/53326740
三、socket三次握手建立連接
我們知道tcp建立連接要進行“三次握手”,即交換三個分組。大致流程如下:
- 客戶端向服務器發送一個SYN J
- 服務器向客戶端響應一個SYN K,並對SYN J進行確認ACK J+1
- 客戶端再想服務器發一個確認ACK K+1
只有就完了三次握手,但是這個三次握手發生在socket的那幾個函數中呢?請看下圖:
圖1、socket中發送的TCP三次握手
從圖中可以看出,當客戶端調用connect時,觸發了連接請求,向服務器發送了SYN J包,這時connect進入阻塞狀態;服務器監聽到連接請求,即收到SYN J包,調用accept函數接收請求向客戶端發送SYN K ,ACK J+1,這時accept進入阻塞狀態;客戶端收到服務器的SYN K ,ACK J+1之後,這時connect返回,並對SYN K進行確認;服務器收到ACK K+1時,accept返回,至此三次握手完畢,連接建立。
四、socket四次握手釋放連接
圖2、socket中發送的TCP四次握手
圖示過程如下:
-
某個應用進程首先調用close主動關閉連接,這時TCP發送一個FIN M;
-
另一端接收到FIN M之後,執行被動關閉,對這個FIN進行確認。它的接收也作爲文件結束符傳遞給應用進程,因爲FIN的接收意味着應用進程在相應的連接上再也接收不到額外數據;
-
一段時間之後,接收到文件結束符的應用進程調用close關閉它的socket。這導致它的TCP也發送一個FIN N;
-
接收到這個FIN的源發送端TCP對它進行確認。
這樣每個方向上都有一個FIN和ACK。
五、服務端和客戶端代碼
參考鏈接: http://www.cnblogs.com/Dukefish/p/9197830.html
服務端:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/wait.h>
#define PORT 1500//端口號
#define BACKLOG 5/*最大監聽數*/
int main(){
int sockfd,new_fd;/*socket句柄和建立連接後的句柄*/
struct sockaddr_in my_addr;/*本方地址信息結構體,下面有具體的屬性賦值*/
struct sockaddr_in their_addr;/*對方地址信息*/
int sin_size;
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//建立socket
if(sockfd==-1){
printf("socket failed:%d",errno);
return -1;
}
my_addr.sin_family=AF_INET;/*該屬性表示接收本機或其他機器傳輸*/
my_addr.sin_port=htons(PORT);/*端口號*/
my_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);/*IP,括號內容表示本機IP*/
bzero(&(my_addr.sin_zero),8);/*將其他屬性置0*/
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struct sockaddr))<0){//綁定地址結構體和socket
printf("bind error");
return -1;
}
listen(sockfd,BACKLOG);//開啓監聽 ,第二個參數是最大監聽數
while(1){
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&their_addr,&sin_size);//在這裏阻塞知道接收到消息,參數分別是socket句柄,接收到的地址信息以及大小
if(new_fd==-1){
printf("receive failed");
} else{
printf("receive success");
send(new_fd,"Hello World!",12,0);//發送內容,參數分別是連接句柄,內容,大小,其他信息(設爲0即可)
}
}
return 0;
}
客戶端:
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<sys/types.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/wait.h>
#define DEST_PORT 1500//目標地址端口號
#define DEST_IP "127.0.0.1"/*目標地址IP,這裏設爲本機*/
#define MAX_DATA 100//接收到的數據最大程度
int main(){
int sockfd,new_fd;/*cocket句柄和接受到連接後的句柄 */
struct sockaddr_in dest_addr;/*目標地址信息*/
char buf[MAX_DATA];//儲存接收數據
sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*建立socket*/
if(sockfd==-1){
printf("socket failed:%d",errno);
}
//參數意義見上面服務器端
dest_addr.sin_family=AF_INET;
dest_addr.sin_port=htons(DEST_PORT);
dest_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(DEST_IP);
bzero(&(dest_addr.sin_zero),8);
if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&dest_addr,sizeof(struct sockaddr))==-1){//連接方法,傳入句柄,目標地址和大小
printf("connect failed:%d",errno);//失敗時可以打印errno
} else{
printf("connect success");
recv(sockfd,buf,MAX_DATA,0);//將接收數據打入buf,參數分別是句柄,儲存處,最大長度,其他信息(設爲0即可)。
printf("Received:%s",buf);
}
close(sockfd);//關閉socket
return 0;
}