Unix网络通信socket之client

Unix下一个客户端至少要经历一下几个步骤：

1.socket()
函数原型：
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。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：

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。

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。

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，type和protocol并不 是可以随意组合的，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。

TCP建立连接需要三次握手：

1. Client首先向Server发送连接请求报文段，同步自己的seq(x)，Client进入SYN_SENT状态。
2. Server收到Client的连接请求报文段，返回给Client自己的seq(y)以及ack(x+1)，Server进入SYN_REVD状态。 
3. Client收到Server的返回确认，再次向服务器发送确认报文段ack(y+1)，这个报文段已经可以携带数据了。Client进 入ESTABLISHED状态。 
4. Server再次收到Client的确认信息后，进入ESTABLISHED状态。

TCP连接至此建立起来了。为什么要做三次握手呢？握手的过程实际上是在通知对方自己的初始化序号(Initial Sequence Number)，简称ISN，也就是上图中的x和y。x和y会被当作之后传输数据的一个依据，以保证TCP报文在传输过程中不会混乱。 　　我们回到TCP Header结构来看，Sequence Number和Acknowledgment Number都是占32位，所以seq和ack的取值范 围是0 ～ 2^{32-1。seq和ack每增加到2}32-1，则重新从0开始。值得一提的是，seq的初始值(ISN)并不是每次都从0开始的。 我们设想一下，如果是从0开始，那么当TCP三次握手建立连接完成后，Client发送了30个报文，然后Client断线了。于是Client 重连，再次用0作为初始的seq，这样就会出现两个报文具有相同的seq，就出现了混乱。事实上TCP的做法是每隔4微秒就对ISN 做一次加1操作，当ISN到达2^32-1后再次从0开始的时候，已经过去了几个小时，之前的seq=0的报文已经不存在于这次连接中 了，这样就避免了上面的问题。

TCP断开连接需要四次握手：

(1)Client向Server发送断开连接请求的报文段，seq=m(m为Client后一次向Server发送报文段的后一个字节序号加1)， Client进入FIN-WAIT-1状态。 　　
(2)Server收到断开报文段后，向Client发送确认报文段，seq=n(n为Server后一次向Client发送报文段的后一个字节序 号加1)，ack=m+1，Server进入CLOSE-WAIT状态。此时这个TCP连接处于半开半闭状态，Server发送数据的话，Client仍然可 以接收到。 　　
(3)Server向Client发送断开确认报文段，seq=u(u为半开半闭状态下Server后一次向Client发送报文段的后一个字节序 号加1)，ack=m+1，Server进入LAST-ACK状态。 　　
(4)Client收到Server的断开确认报文段后，向Server发送确认断开报文，seq=m+1，ack=u+1，Client进入TIME-WAIT状 态。 　　
(5)Server收到Client的确认断开报文，进入CLOSED状态，断开了TCP连接。 　　
(6)Client在TIME-WAIT状态等待一段时间(时间为2*MSL((Maximum Segment Life))，确认Client向Server发送的后一次 断开确认到达(如果没有到达，Server会重发步骤(3)中的断开确认报文段给Client，告诉Client你的后一次确认断开没有收 到)。如果Client在TIME-WAIT过程中没有再次收到Server的报文段，就进入CLOSES状态。TCP连接至此断开。 　　 　　

TCP连接可靠性的体现： 　

(1)TCP报文段的长度可变，根据收发双方的缓存状态、网络状态而调整。 　　
(2)当TCP收到发自TCP连接另一端的数据，它将发送一个确认。 　　
(3)当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段，如果不能及时收到一个确认，将重发这个报 文段。 　　
(4)TCP将保持它首部和数据的检验和。如果通过检验和发现报文段有差错，这个报文段将被丢弃，等待超时重传。 　　(5)TCP将数据按字节排序，报文段中有序号，以确保顺序的正确性。 　
(6)TCP还能提供流量控制。TCP连接的每一方都有收发缓存。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数 据。这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。 　　

需要注意的是，TCP报文传输采用接受后返回确认的方式来保证报文传输的可靠性，并不是意味着发送方在发送一个报文段 后就进入等待确认状态，让后面的报文段等着。也不是接收方在接收到一个报文后，对每一个报文都进行回复确认。 　　真实的情况是，对于发送方，在发送一个报文段后，复制一份该报文段的副本，然后继续进行下一个报文段的发送，如果没 有得到发送方的回复确认，就对该报文段进行超时重发。对于接收方来说，则采用“积累确认”的方式进行回复。接收者收到多
个连续的报文段后，只回复确认后一个报文段，表示在这之前的数据都已收到。以此达到提升传输效率的目的

因为TCP是可靠的安全的连接，所以个客户端都会经历三次握手的过程，最终得到与与服务器连接的，断开则需要需要四次握手之后才能断开。

实现代码：

#include <sys/types.h>      
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include<stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <getopt.h>
#define	MSG_STR  "Hello network!"
#define	BUF_SIZE  1024
void print_usage(char *paogname)
{
    printf("%s usage : \n", paogname);
    printf("-i(--ipaddr): sepcify server IP address.\n");
    printf("-p(--port): specify sever port.\n");
    printf("-h(--help): print this help information.\n");

    return  ;

}
int main (int argc, char **argv)
{

    int                      sockfd;
    int                      rv = -1;
    struct sockaddr_in       servaddr;
    char                     *servip = NULL;
    int                      port    = 0;
    char                     buf[BUF_SIZE];
    int                      ch;
    struct option        opts[] = {         
        {"ipaddr", required_argument, NULL, 'i'},
        {"port", required_argument, NULL, 'p'},            
        {"help", no_argument, NULL, 'h'},          
        {NULL, 0, NULL, 0}

    };

    while((ch=getopt_long(argc, argv, "i:p:h", opts, NULL)) != -1 )    //基于Unix命令行参数解析
    {
        switch(ch)
        {
            case 'i':   
                servip=optarg;
                break;
            case 'p':
                port=atoi(optarg);
                break;
            case 'h':
                print_usage(argv[0]);
                return 0;
        }           
     }

    if( !servip || !port )        
    {
                        print_usage(argv[0]);
                        return 0;        
    } 
    sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);   //客户端第一步  socket();
    if(sockfd < 0)
    {
        printf("Cearte socket failure :%s\a\n",strerror(errno));
        return -1;
    }
    printf("Create socket[%d] sucessfully.\n",sockfd);


    memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr)); // bzero() 函数也OK bzero(&servaddr,sizeof(servaddr))
    servaddr.sin_family = AF_INET;         //指定协议簇 IPV4
    servaddr.sin_port = htons(port);       //host name to net(本地字节序转化为网络字节序（默认为大端字节序）)
    inet_aton(servip,&servaddr.sin_addr);  //ASCII to net(本地字节序转化为网络字节序（默认为大端字节序）)
    rv = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));  //客户端第二步  connect()

    if(rv <0)
    {
        printf("connect toserver[%s:%d] failure :%s\n\a",servip, port,strerror(errno));
        return -2;
    }
    printf("connect to server[%s:%d] successfully!\n",servip,port);


    while(1)
    {

        rv = write(sockfd,MSG_STR,sizeof(MSG_STR)); // //客户端第三步之write
        {
            printf("Write to server failure by socket[%d] failure: %s",sockfd,strerror(errno));
            return -3;
        }

        memset(buf,0,sizeof(buf));
        rv = read(sockfd,buf,sizeof(buf)); // //客户端第三步之read();  
        if(rv < 0)
        {
            printf("Read to server socket[%d] failure: %s",sockfd,strerror(errno));
            return -4;
            continue;
        }
        else if(rv == 0)
        {
        
            printf("socket[%d] get disconnected\n",sockfd);
            return -5;
            continue;
        }
        else if(rv >0)
        {
            printf("Read %d bytes data form Server: %s\n",rv,buf);
            break;
        }

    }


    close(sockfd);

    return 0;
}