网络编程学习笔记一:Socket 编程基本概念

1 概述

开始使用套接字编程之前,首先必须建立以下概念。


1.1 网间进程通信

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(Berkeley Software Distribution, 伯克利软件套件)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。 为了解决上述问题,TCP/IP协议引入了下列几个概念。 

(1) 端口 
网络中可以被命名和寻址的通信端口,是操作系统可分配的一种资源。 

按照OSI七层协议的描述,传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信能力。从这个意义上讲,网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了,还包括可以描述进程的某种标识符。为此,TCP/IP协议提出了协议端口(protocol port,简称端口)的概念,用于标识通信的进程。 

端口是一种抽象的软件结构(包括一些数据结构和I/O缓冲区)。应用程序(即进程)通过系统调用与某端口建立连接(binding)后,传输层传给该端口的数据都被相应进程所接收,相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。在TCP/IP协议的实现中,对端口的操作类似于一般的I/O操作,进程获取一个端口,相当于获取本地唯一的I/O文件,可以用一般的读写原语访问之。 类似于文件描述符,每个端口都拥有一个叫端口号(port number)的整数型标识符,用于区别不同端口。

由于TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的两个软件模块,因此各自的端口号也相互独立,如TCP有一个255号端口,UDP也可以有一个255号端口,二者并不冲突。 

端口号的分配是一个重要问题。有两种基本分配方式:第一种叫全局分配,这是一种集中控制方式,由一个公认的中央机构根据用户需要进行统一分配,并将结果公布于众。第二种是本地分配,又称动态连接,即进程需要访问传输层服务时,向本地操作系统提出申请,操作系统返回一个本地唯一的端口号,进程再通过合适的系统调用将自己与该端口号联系起来(绑扎)。TCP/IP端口号的分配中综合了上述两种方式。TCP/IP将端口号分为两部分,少量的作为保留端口,以全局方式分配给服务进程。因此,每一个标准服务器都拥有一个全局公认的端口(即周知口,well-known port),即使在不同的机器上,其端口号也相同。剩余的为自由端口,以本地方式进行分配。TCP和UDP均规定,小于256的端口号才能作保留端口。 

(2) 地址 
网络通信中通信的两个进程分别在不同的机器上。在互连网络中,两台机器可能位于不同的网络,这些网络通过网络互连设备(网关,网桥,路由器等)连接。因此需要三级寻址: 

(a) 某一主机可与多个网络相连,必须指定一特定网络地址; 
(b) 网络上每一台主机应有其唯一的地址; 
(c) 每一主机上的每一进程应有在该主机上的唯一标识符。 

通常主机地址由网络ID和主机ID组成,在TCP/IP协议中用32位整数值表示;TCP和UDP均使用16位端口号标识用户进程。 

(3) 网络字节顺序 
不同的计算机存放多字节值的顺序不同,有的机器在起始地址存放低位字节(小端序),有的存高位字节(大端序)。为保证数据的正确性,在网络协议中须指定网络字节顺序。TCP/IP协议使用16位整数和32位整数的高价先存格式,它们均含在协议头文件中。 详解http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7449955#t1

(4)连接 
两个进程间的通信链路称为连接。连接在内部表现为一些缓冲区和一组协议机制,在外部表现出比无连接高的可靠性。 

(5)半相关 
综上所述,网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程: 

(协议,本地地址,本地端口号) 这样一个三元组,叫做一个半相关(half-association),它指定连接的每半部分。 

(6) 全相关 
一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成,并且只能使用同一种高层协议。也就是说,不可能通信的一端用TCP协议,而另一端用UDP协议。因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标识: 

(协议,本地地址,本地端口号,远地地址,远地端口号) 这样一个五元组,叫做一个相关(association),即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的相关,或完全指定组成一连接。 

 


1.2 服务方式  


在网络分层结构中,各层之间是严格单向依赖的,各层次的分工和协作集中体现在不同层之间的界面上。“服务”是描述不同层之间关系的抽象概念,即网络中各层向紧邻上层提供的一组操作。下层是服务提供者,上层是请求服务的用户。服务的表现形式是原语(primitive),如系统调用或库函数。系统调用是操作系统内核向网络应用程序或高层协议提供的服务原语。网络中的n层总要向n+1层提供比n-1层更完备的服务,否则n层就没有存在的价值。 在OSI的术语中,网络层及其以下各层又称为通信子网,只提供点到点通信,没有程序或进程的概念。而传输层实现的是“端到端”通信,引进网间进程通信概念,同时也要解决差错控制,流量控制,数据排序(报文排序),连接管理等问题,为此提供不同的服务方式: 

(1) 面向连接(虚电路)或无连接 

面向连接服务(TCP协议):是电话系统服务模式的抽象,即每一次完整的数据传输都要经过建立连接,使用连接,终止连接的过程。在数据传输过程中,各数据分组不携带目的地址,而使用连接号(connect ID)。本质上,连接是一个管道,收发数据不但顺序一致,而且内容相同。TCP协议提供面向连接的虚电路。
无连接服务(UDP协议):是邮政系统服务的抽象,每个分组都携带完整的目的地址,各分组在系统中独立传送。无连接服务不能保证分组的先后顺序,不进行分组出错的恢复与重传,不保证传输的可靠性。UDP协议提供无连接的数据报服务。 

下面给出这两种服务的类型及应用中的例子: 

(2) 顺序 
在网络传输中,两个连续报文在端-端通信中可能经过不同路径,这样到达目的地时的顺序可能会与发送时不同。“顺序”是指接收数据顺序与发送数据顺序相同。TCP协议提供这项服务。 

(3) 差错控制 
保证应用程序接收的数据无差错的一种机制。检查差错的方法一般是采用检验“检查和(Checksum)”的方法。而保证传送无差错的方法是双方采用确认应答技术。TCP协议提供这项服务。 

(4) 流控制 
在数据传输过程中控制数据传输速率的一种机制,以保证数据不被丢失。TCP协议提供这项服务。 

(5) 字节流 
字节流方式指的是仅把传输中的报文看作是一个字节序列,不提供数据流的任何边界。TCP协议提供字节流服务。 

(6) 报文 
接收方要保存发送方的报文边界。UDP协议提供报文服务。 

(7) 全双工/半双工 
端-端间数据同时以两个方向/一个方向传送。 

(8) 缓存/带外数据 
在字节流服务中,由于没有报文边界,用户进程在某一时刻可以读或写任意数量的字节。为保证传输正确或采用有流控制的协议时,都要进行缓存。但对某些特殊的需求,如交互式应用程序,又会要求取消这种缓存。 在数据传送过程中,希望不通过常规传输方式传送给用户以便及时处理的某一类信息,如UNIX系统的中断键(Delete或Control-c)、终端流控制符(Control-s和Control-q),称为带外数据。逻辑上看,好象用户进程使用了一个独立的通道传输这些数据。该通道与每对连接的流相联系。由于Berkeley Software Distribution中对带外数据的实现与RFC 1122中规定的Host Agreement不一致,为了将互操作中的问题减到最小,应用程序编写者除非与现有服务互操作时要求带外数据外,最好不使用它。 

1.3 客户/服务器模式

在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式(Client/Server model),即客户向服务器发出服务请求,服务器接收到请求后,提供相应的服务。客户/服务器模式的建立基于以下两点:首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区,因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系,为二者的数据交换提供同步,这就是基于不同的客户/服务器模式的TCP/IP。 客户/服务器模式在工作过程中采取的是主动请求方式: 

(1) 服务器方:

首先服务器方要先启动,并根据请求提供相应服务: 

(a) 打开一通信通道并告知本地主机,它愿意在某一公认地址上(周知口,如FTP为21)接收客户请求; 

(b) 等待客户请求到达该端口; 

(c) 接收到重复服务请求,处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求,要激活一新进程来处理这个客户请求(如UNIX系统中用fork、exec)。新进程处理此客户请求,并不需要对其它请求作出应答。服务完成后,关闭此新进程与客户的通信链路,并终止。 

(d) 返回第二步,等待另一客户请求。 

(e) 关闭服务器 


(2) 客户方: 

(1) 打开一通信通道,并连接到服务器所在主机的特定端口; 

(2) 向服务器发服务请求报文,等待并接收应答;继续提出请求...... 

(3) 请求结束后关闭通信通道并终止。 

从上面所描述过程可知: 

(1) 客户与服务器进程的作用是非对称的,因此编码不同。 

(2) 服务进程一般是先于客户请求而启动的。只要系统运行,该服务进程一直存在,直到正常或强迫终止。 

1.4 套接字类型

TCP/IP的socket提供下列三种类型套接字。 

(1) 流式套接字(SOCK_STREAM):
提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务,数据无差错、无重复地发送,且按发送顺序接收。内设流量控制,避免数据流超限;数据被看作是字节流,无长度限制。文件传送协议(FTP)即使用流式套接字。 

(2) 数据报式套接字(SOCK_DGRAM):
提供了一个无连接服务(UDP)。数据包以独立包形式被发送,不提供无错保证,数据可能丢失或重复,并且接收顺序混乱。网络文件系统(NFS)使用数据报式套接字。 

(3) 原始式套接字(SOCK_RAW) :
该接口允许对较低层协议,如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。 

1.5 典型套接字调用过程举例


(1) 如前所述,TCP/IP协议的应用一般采用客户/服务器模式,因此在实际应用中,必须有客户和服务器两个进程,并且首先启动服务器,其系统调用时序图如下。 面向连接的协议(如TCP)的套接字系统调用如图2.1所示:

服务器必须首先启动,直到它执行完accept()调用,进入等待状态后,方能接收客户请求。假如客户在此前启动,则connect()将返回出错代码,连接不成功。


(2) 无连接协议(UDP)的套接字调用如图2.2所示: 

无连接服务器也必须先启动,否则客户请求传不到服务进程。无连接客户不调用connect()。因此在数据发送之前,客户与服务器之间尚未建立完全相关,但各自通过socket()和bind()建立了半相关。发送数据时,发送方除指定本地套接字号外,还需指定接收方套接字号,从而在数据收发过程中动态地建立了全相关。  

2 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。

2.1 套接字类型

(1) 流式套接字(SOCK_STREAM)

    提供面向连接的、可靠的数据传输服务,数据无差错,无重复的发送,且按发送顺序接收, 对应TCP协议。

(2) 数据报式套接字(SOCK_DGRAM 数据报(datagrams))

    提供无连接服务。不提供无错保证,数据可能丢失或重复,并且接收顺序混乱, 对应UDP协议。

(3) 原始套接字(SOCK_RAW)

    使我们可以跨越传输层直接对IP层进行封装传输。(应用层直接和IP层)

2.2 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:

(1) domain

即协议域,又称为协议族(family)。常用的协议族有,AF_INET、AF_INET6、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。

(2) type

指定socket类型。常用的socket类型有,SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等(socket的类型有哪些?)。

(3) protocol

故名思意,就是指定协议。常用的协议有,IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_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。


2.3 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_INET、AF_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。


(1) 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。

(2) 简单打个比方说,十进制数12345。1的位数最高,是万位;5的位数最低,是个位。 

大端序的话,就是从万位开始存,表示为12345; 
小端序的话,就是从各位开始存,表示为54321.

(3) 再如一个long型数据0x12345678的存储表示:

大端序存储表示:

内存地址

数据

内存低地址-->    a

0x001

12

a+1

0x002

34

a+2

0x003

56

内存高地址-->a+3

0x004

78

小端序存储表示:

内存地址

数据

内存低地址-->a

0x001

78

a+1

0x002

56

a+2

0x003

34

内存高地址-->a+3

0x004

12

2.3.1 主机序测试

#include <stdio.h>
 
 
int main()
{
    long a = 0x12345678;
    
    // a 的首地址
	printf("%0x\n", &a);
    
    // a 第一个字节地址和值
    printf("%0x-%0x\n", ((char*)&a), ((char*)&a)[0]);
    
    // a 第二个字节和值
    printf("%0x-%0x\n", ((char*)&a)+1, ((char*)&a)[1]);
    
    // a 第三个字节和值
    printf("%0x-%0x\n", ((char*)&a)+2, ((char*)&a)[2]);
    
     // a 第四个字节和值
    printf("%0x-%0x\n", ((char*)&a)+3, ((char*)&a)[3]);
    
    return 0;
}

运行结果

55e43378
55e43378-78
55e43379-56
55e4337a-34
55e4337b-12


可以看到主机是小端序

2.3.2 转换

(1) 地址转换


inet_addr:  ip字符串装整型
inet_ntoa:  整型转字符串

(2) 端口转换

htons: 表示将16位的主机字节顺序转化为16位的网络字节顺序(ip地址是32位的端口号是16位的 )
ntohs: 作用是将一个16位数由网络字节顺序转换为主机字节顺序

(3) 转换实例

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>

int main(int aargc, char* argv[])
{
    struct sockaddr_in addr;

    addr.sin_family = AF_INET;
    
    // 将字符串转换为addr类型
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    
    // 将 port 口转化
    addr.sin_port = htons(5000);
 
    // 将in_addr类型转换为字符串
    printf("inet_ntoa ip = %s, port = %d \n", inet_ntoa(addr.sin_addr), ntohs(addr.sin_port));

    return 0;
}

运行结果

inet_ntoa ip = 127.0.0.1, port = 5000

2.4 listen() 和 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);

(1) 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。

(2) 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。


2.5 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。


2.5 read() 和 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);


       
(1) 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。

(2) 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)。

2.6 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。


3 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:

(1) 客户端向服务器发送一个 SYN J
(2) 服务器向客户端响应一个 SYN K,并对SYN J 进行确认 ACK J+1
(3) 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:

                 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。

4 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:


             图2、socket中发送的TCP四次握手


图示过程如下:

(1) 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;
(2) 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;
(3) 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;
(4) 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。

本文转自:

https://blog.csdn.net/gneveek/article/details/8699198#t0

https://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7444092


 

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转载自blog.csdn.net/u011857683/article/details/82559894