《TCP/IP网络编程》第7章优雅的断开套接字的连接

之前章节调用close函数单方面断开连接，不够优雅，本章将讨论如何优雅地断开相互连接的套接字。

7.1 基于TCP的半关闭

1.1 单方面断开连接带来的问题

close函数意味着完全断开连接。完全断开不仅指无法传输数据，而且也不能接收数据。

例如AB主机双向通信，A发送最后的数据后，close断开连接，之后A无法再接收主机B传输的数据。实际上，是完全无法调用与接收数据相关的函数。最终，由B传输的、A必须接收的数据也销毁了。

为了解决如上问题，“只关闭一部分数据交换中使用的流”（Half-close）的方法应运而生。断开一部分连接是指，可以传输数据但无法接收，或相反。顾名思义就是只关闭流的一半。

1.2 套接字和流（Stream）

两台主机通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态，又称“流形成的状态”。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看做一种流。

此处的流可以比作水流。水朝着一个方向流动，同样，在套接字的流中，数据也只能向一个方向移动。因此，为了进行双向通信，需要如图所示的2个流。
在这里插入图片描述
一旦两台主机建立套接字连接，每个主机就会拥有单独的输入流和输出流。其中一个主机的输入流与另个一个主机的输出流相连，而输出流则与另一主机的输入流相连。本章讨论的“优雅地断开连接方式”只断开其中一个流，而Linux的close和Windows的closesocket函数将同时断开两个流，因此与“优雅”二字还有一段距离。

1.3 针对优雅断开的shutdown函数

#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sock, int howto);
/*
成功时返回 0 ，失败时返回 -1
sock: 需要断开套接字文件描述符
howto: 传递断开方式信息
*/

调用上述函数时，第二个参数决定断开连接的方式，其可能值如下所示。

SHUT_RD：断开输入流。
SHUT_WR：断开输出流。
SHUT_RDWR：同时断开I/O流。

1.4 为何需要半关闭

考虑以下情况：

一旦客户端连接到服务器，服务器将约定的文件传输给客户端，客户端收到后发送字符串「Thank you」给服务器端。

此处「Thank you」的传递是多余的，这只是用来模拟客户端断开连接前还有数据要传输的情况。此时程序实现的难度并不小，因为传输文件的服务器端只需连续传输文件数据即可，而客户端无法知道需要接收数据到何时。客户端也没办法无休止的调用输入函数，因为这有可能导致程序阻塞。

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是否可以让服务器和客户端约定一个代表文件尾的字符？

这种方式也有问题，因为这意味这文件中不能有与约定字符相同的内容。为了解决该问题，服务端应最后向客户端传递 EOF 表示文件传输结束。客户端通过函数返回值接受 EOF ，这样可以避免与文件内容冲突。那么问题来了，服务端如何传递 EOF？

断开输出流时向主机传输 EOF。

当然，调用 close 函数的同时关闭 I/O 流，这样也会向对方发送 EOF 。但此时无法再接受对方传输的数据。换言之，若调用 close 函数关闭流，就无法接受客户端最后发送的字符串「Thank you」。这时需要调用 shutdown 函数，只关闭服务器的输出流。这样既可以发送 EOF ，同时又保留了输入流。下面实现收发文件的服务器端/客户端。

1.5 基于半关闭的文件传输程序

文件传输服务器和客户端的数据流可整理如图。
在这里插入图片描述
下面的代码为编程简便，省略了大量错误处理代码。

file_client.c
file_server.c
编译运行：

gcc file_client.c -o fclient
gcc file_server.c -o fserver
./fserver 9190
./fclient 127.0.0.1 9190

结果：
在这里插入图片描述
客户端接收完成后，服务器会接收到来自客户端的感谢信息。

7.3 习题

1.解释 TCP 中「流」的概念。UDP 中能否形成流？请说明原因。

答：两台主机中通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态，又称「流形成的状态」。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看做一种流。UDP 没有建立连接的过程，所以不能形成流。

2.Linux 中的 close 函数或 Windows 中的 closesocket 函数属于单方面断开连接的方法，有可能带来一些问题。什么是单方面断开连接？什么情形下会出现问题？

答：单方面断开连接就是两台主机正在通信，其中一台主机关闭了所有连接，那么一台主机向另一台主机传输的数据可能会没有接收到而损毁。传输文件的服务器只需连续传输文件数据即可，而客户端不知道需要接收数据到何时。客户端也没有办法无休止的调用输入函数。现在需要一个 EOF 代表数据已经传输完毕，那么这时就需要半关闭，服务端把自己的输出流关了，这时客户端就知数据已经传输完毕，因为服务端的输入流还没关，客户端可以给服务器汇报，接收完毕。

3.什么是半关闭？针对输出流执行半关闭的主机处于何种状态？半关闭会导致对方主机接收什么消息？

答：半关闭就是把输入流或者输出流关了。针对输出流执行半关闭的主机处于可以接收数据而不能发送数据。半关闭会导致对方主机接收一个 EOF 文件结束符。对方就知道你的数据已经传输完毕。