基本TCP Sockets编程

一、socket 函数

#include <sys/socket.h>
　　int socket (int family, int type, int protocol);
　　　　　　Returns: non-negative descriptor if OK, - on error

• family参数指明协议族（协议域）。它们分别是：   AF_INET——IPv4 协议、 AF_INET6——IPv6协议 、 AF_LOCAL（AF_UNIX）——Unix域协议 、AF_ROUTE——路由套接口协议、AF_KEY——密钥套接口协议
•  type指明套接口类型。它们分别是：  SOCK_STREAM——字节流套接口、SOCK_DGRAM——数据报套接口、SOCK_SEQACKET——有序分组套接口、SOCK_RAW——原始套接口
• protocol指明某个协议类型常值，或者也可以设置为0，以选择所给定family和type组合的系统缺省值。它们分别是：IPPROTO_TCP——TCP传输协议、IPPROTO_UDP——UDP传输协议、IPPROTO_STCP——STCP传输协议

family和type参数的组合如下:

　　

　socket成功时会返回一个小的非负整数值，它与文件描述字一致，我们成为套接字（socket descriptor）。AF_前缀表示地址族，PF_前缀表示协议族。不过这两个东西是相等的，所以用哪个都行。

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二、connect函数

　　connect函数用于 TCP客户端与TCP服务端建立连接。

 #include <sys/socket.h>
 int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);
    　　　　　　　　　　　　 Returns:  if OK, - on error                

• sockfd是套接字。
• servaddr是指向套接字地址结构的指针
• adrlen是套接字地址结构的大小
• socket address structrue（套接字地址）必须含有IP地址和端口号

　　client在调用connect之前不必非得调用bind函数，因为如果需要的话，内核会确定源IP地址，并选择一个临时端口作为源端口。调用conect函数将initiates TCP的三路握手过程。

出错返回有以下情况：

• 如果client TCP没有收到SYN segment的响应，那么ETIMEDOUT将返回。
• 如果服务器TCP对client的响应是RST，这说明服务器在我们指定的端口上并没有进程在等待和它连接，这是一个hard error，当客户收到RST后，就返回ECONNREFUSED
• 若客户发出的SYN在中间的某个路由器上引发了"destination unreachable”错误，则继续发送SYN信号，如果在某个规定时间内，仍未收到响应，则把保存的消息作为EHOSTUNREACH或者ENETUNREACH错误返回。

如果connect失败，这个socket就不能用了，必须关闭。我们不能用这样的套接口再次调用connect函数。

　

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三、bind函数　

　　bind函数指定一个本地协议地址分配给一个未命名的socket。使用Socket函数创建的那些套接字初始化是没有命名的，它们只有通过地址族才能被识别到，对于网络协议：协议地址是32位的IPv4地址或128位的IPv6地址与16位的TCP或UDP的端口号的组合。调用bind函数，可以指定一个端口号、一个IP地址、也可以两者都指定、也可以都不指定。

#include <sys/socket.h>
　　int bind (int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
　　　　　　　　　　　　Returns:  if OK,- on error

• sockfd是套接字
• myaddr是指向特定协议地址结构的指针
• addrlen是该地址结构的长度

• 如果一个TCP client或者server 没有绑定端口，kernel在调用connect或listen时，就会选择一个临时端口。内核选择临时端口，对于TCP客户来说是正常的
• 一个process可以bind特定的IP地址到它的socket,这个IP地址一定属于其所在主机的网络接口之一。对于TCP，这就为该socket发送的IP数据报指定了源IP地址；对于TCP服务器，这就限定了该套接口只接收那些目的地为这个IP地址的客户连接。
• 如果TCP没有把IP地址绑定到它的套接口上，内核就会把客户发送的SYN的宿IP地址作为服务器的源IP地址。

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四、listen函数

　　TCP服务器调用listen函数，主要有两个作用：

• 当socket函数创建一个socket时，它被指定为active socket(主动套接口)，也就是说它是一个将会调用connect发起连接的客户套接口。listen函数将未连接的套接口转换为一个passive socket(被动套接口)，指示内核接受指向socket 的到来的连接请求。调用TCP将sockets的状态从CLOSED转换为LISTEN状态
• 第二个参数指定了内核应该为这个socket排队的最大连接数。

#include <sys/socket.h>
#int listen (int sockfd, int backlog);
　　　　　　Returns:  if OK, - on error

　　这个函数应该在调用socket和bind函数之后，在调用accept函数之前。

 内核为每个给定的监听套接口维护两个队列：

• 未完成连接队列（incomplete connection queue ）：每个这样的SYN分节对应其中一项，已知由某个服务器发出并到达服务器，而服务器正在等待完成相应的TCP三路握手过程。这些套接口处于TCP_RCVD状态。
• 已完成连接状态（completed comnection queue）: 每个已完成TCP三路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client的SYN到达时，TCP在未完成连接队列中创建一个新项，然后响应以三路握手的第二个分节（服务器的SYN响应，其中捎带对客户SYN的ACK）。这一项一直保留在未完成队列，直到三路握手的第三个分节（客户对服务器SYN的ACK）达到或者该项超时。
• 如果三路握手正常，该项就从未完成队列移动到已完成队列的对尾。
• 当进程调用accept时，已完成队列中的队头项将返回给进程，或者如果该队列为空，那么进程将被投入睡眠，直到TCP在该队列中放入一项才唤醒它。
• 在三路握手正常完成的前提下，未完成连接队列中的任何一项在其中存留的时间就是一个RTT(客户到服务器的往返时间)

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 五、accept函数

　　TCP 服务器调用accept函数，从一个已完成队列的队头（complete connection queue）返回一个已完成的连接。如果已完成连接队列为空，那么进程被投入睡眠

　　

#include <sys/socket.h>
　　int accept (int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
　　　　Returns: non-negative descriptor if OK, - on error

• cliaddr:返回已连接对端进程（client）协议地址
• addrlen：value-result（值-结果参数），调用前是*cliaddr所指的套接口地址的长度；返回时,其整数值为内核存在该套接口地址结构内的确切字节数。

如果accept成功，那么其返回值是由内核自动升成的一个全新描述字，代表与client的TCP连接。我们称这个函数的第一个参数是listening socket(监听套接口)，函数返回的是connected socket（已连接套接口）

服务器在仅仅只创建一个listening socket，它存在于服务器的整个生命周期内。内核为每个服务器进程已接受的客户创建一个已连接套接口。当服务器完成对于某个给定客户的服务时，相应的已连接套接口的服务就被关闭。　　

　　本函数最多返回三个值：

• 一个既可能是新套接口描述字也可能是出错提示整数的整数，客户进程的协议地址（由cliaddr所指）以及该地址的大小（由addrlen指针所指），如果对客户协议地址不感兴趣，可以把cliaddr和addrlen均置为空指针。

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六、并发服务器