一.套接字（socket）函数
图1给出了在一个TCP客户与服务器通信的流程。服务器首先启动，稍后某个客户启动，它试图连接到服务器。假设客户给服务器发送一个请求，服务器处理该请求，并且给客户发回一个相应。这个过程一直持续下去，知道客户关闭连接的客户端，从而给服务器发送一个EOF（文件结束）通知为止。服务器接着也关闭连接的服务器端，然手结束运行或者等待新的客户连接。
图1 客户/服务器程序的套接字函数
1.socket函数
#include<sys/socket.h>
int socket(int family,int type,int protocol);
为了执行一个I/O，一个进程必须做的第一件事情就是调用socket函数，指定期望的通信协议类型。其中family参数指明协议族，见表1；type参数指明套接字类型，见表2；protocol参数指明协议，见表3。
| family | 说明 |
| AF_INET | IPv4协议 |
| AF_INET6 | IPv6协议 |
| AF_LOCAL | Unix域协议 |
| AF_ROUTE | 路由套接字 |
| AF_KEY | 密钥套接字 |
表1 socket函数family常值
| type | 说明 |
| SOCK_STREAM | 字节流套接字 |
| SOCK_DGRAM | 数据报套接字 |
| SOCK_SEQPACKET | 有序分组套接字 |
| SOCK_RAW | 原始套接字 |
表2 socket函数type常值
| protocol | 说明 |
| IPPROTO_TCP | TCP传输协议 |
| IPPROTO_UDP | UDP传输协议 |
| IPPROTO_SCTP | SCTP传输协议 |
表3 socket函数AF_INET或AF_INET6的protocol常值
socket函数在成功时返回一个套接字描述符（sockfd），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。
2.connect函数
#include<sys/socket.h>
int connect(int sockfd,const struct sockaddr *seraddr,socklen_t addrlen);
TCP客户用connect函数来与服务器建立连接。第一个参数是socket函数返回的套接字描述符，第二个、第三个参数分别是一个指向套接字地址结构的指针和该结构的大小。下面给出IPv4和IPv6套接字的地址结构，帮助理解：
//IPv4套接字地址结构
struct in_addr {
int_addr_t s_addr; /* 32-bit IPv4 address */
/* network byte order */
}; struct sockaddr_in {
uint8_t sin_len; /* len of structure */
sa_family_t sin_family; /* AF_INET */
in_port_t sin_port; /* 16-bit TCP or UDP port number */
/* network byte order */
struct in_addr sin_addr; /* 32-bit IPv4 address */
/* network byte order */
char sin_zero[8]; /* unused */
};
//IPv6套接字地址结构
struct in6_addr {
uint8_t s6_addr; /* 128-bit IPv6 address */
/* network byte order */
}; #define SIN6_LEN /* required for compile-time tests */ struct sockaddr_in6 {
uint8_t sin6_len; /* len of structure */
sa_family_t sin6_family; /* AF_INET */
in_port_t sin6_port; /* 16-bit TCP or UDP port number */
/* network byte order */
uint32_t sin_flowinfo; /* flow information, undefined */
struct in6_addr sin6_addr; /* 32-bit IPv4 address */
/* network byte order */
uint32_t sin6_zero[8]; /* unused */
};
客户在调用函数connect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connect函数将激发TCP的三次握手过程，而且仅在连接建立成功或者出错时才返回。三次握手建立连接会在后面介绍。
3.bind函数
#include<sys/socket.h>
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr,socklen_t addrle);
当我们调用socket函数时，返回的socket描述字它存在于协议族中，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，否则系统会自动随机分配一个端口。
4.listen函数
#include<sys/socket.h>
int listen(int sockfd,int backlog);
其中参数backlog规定了内核应该为相应套接字排队的最大连接数。
listen函数仅由TCP服务器调用，当socket函数创建一个套接字时，它被假设为一个主动套接字。而listen函数的作用就是把一个未连接套接字转换成一个被动套接字，指示内核应接受指向该套接字的连接请求，即将该套接字从CLOSED状态转换到LISTEN状态。
5.accept函数
#include<sys/socket.h>
int accept(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr,socklen_t addrlen);
accept函数由TCP服务器调用，用于从已完成连接队列对头返回下一个已完成连接，如果已完成连接队列为空，那么进程被投入睡眠。
如果accept成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新描述符，代表与所返回客户的TCP连接。在accept函数中，第一个参数是监听套接字描述符（由socket创建，然后用作bind和listen的第一个参数的描述符），它的返回值为已连接套接字描述符。一个服务器通常仅仅创建一个监听套接字，它在该服务器的生命期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建一个已连接套接字。当服务器完成对某个给定客户的服务时，相应的已连接套接字就被关闭。
6.close函数
#include<sys/socket.h>
int close(int sockfd);
close一个TCP套接字的默认行为是把该套接字标记成已关闭，然后立即返回到调用进程。该套接字描述符不能在有调用进程时使用。
二.传输控制协议（TCP）
1.TCP协议
TCP是面向连接的通信协议，通过三次握手建立连接，所以只能用于端到端的通信。TCP提供一种可靠的数据流服务，当TCP向另一端发送数据时，它要求对端返回一个确认。如果没有收到确认，TCP就自动重传并等待，数次失败后TCP才放弃。注意TCP并不保证数据一定会被对方端点接收，准确来说，它提供的是数据的可靠传递或故障的可靠通知。
2.TCP三次握手建立连接
- 建立一个TCP连接会发生下述情形：
- 服务器必须准备好接收外来的连接，即被动打开，通常通过调用socket、bind和listen这3个函数来完成。
- 客户通过调用connect发起主动打开。这导致客户TCP发送一个SYN（同步）分节，它告诉服务器客户将在（待建立的）连接中发送的数据的初始序列号。
- 服务器必须确认（ACK）客户的SYN，同时自己也得发送一个SYN分节，它含有服务器将在同一连接中发送的数据的初始序列号。服务器在单个分节中发送SYN和对客户SYN的ACK（确认）。
- 客户必须确认服务器的SYN。
- 这种交换至少需要3个分组，因此称为TCP的三次握手，如图2所示。
图2 TCP三次握手建立连接
图2中，客户的初始序列号为J，服务器的初始序列号为K。ACK中的确认号是发送这个ACK的一端所期待的下一个序列号。因为SYN占据一个字节的序列号空间，所以每一个SYN的ACK中的确认号就是该SYN的初始序列号加1。类似的，每一个FIN（表示结束）的ACK中的确认号为该FIN的序列号加1。
3.TCP四次握手释放连接
- TCP建立一个连接需要3个分节，终止一个连接需4个分节。
- 某个应用进程首先调用close，即该端执行主动关闭，该端的TCP发送一个FIN分节，表示数据发送完毕。
- 接收到这个FIN的对端执行被动关闭。这个FIN由TCP确认，它的接收也作为一个文件结束符（EOF）传递给接收端应用进程（放在已排队等候该应用进程接收的任何其他数据之后），因为FIN的接收意味着接收端应用程序在相应连接上再无额外数据接收。
- 一段时间后，接收到这个文件结束符的应用进程将调用close关闭它的套接字，这导致它的TCP也发送一个FIN。
- 接收这个最终的FIN的原发送端TCP（即执行主动关闭的那一端）确认这个FIN。
图3 TCP四次握手释放连接
类似SYN，一个FIN也占据一个字节的序列号空间，因此每个FIN的ACK确认号就是这个FIN的序列号加1。
4.TCP状态转换图
TCP连接建立和种植的操作可用状态状态转换图表示，如图4所示。
图4 TCP状态转换图
图中给出了11种TCP状态的名称，这些状态可使用netstat监视。
三.一个简单的客户/服务器程序
写了一个简单的TCP客户/服务器聊天程序作为全文总结：http://www.cnblogs.com/Rosanna/p/3494280.html
服务器代码：
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#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<errno.h>#include<string.h>#include<sys/types.h>#include<arpa/inet.h>#include<netinet/in.h>#include<sys/socket.h>#include<sys/wait.h>#include <unistd.h>#define MAXSIZE 1024#define PORT 8080#define BACKLOG 10int main(int argc,char **argv)
{ int listenfd,connfd;
struct sockaddr_in servaddr,cliaddr;
socklen_t len;
char message[MAXSIZE];
if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
else printf("socket create success!\n");
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family=AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
servaddr.sin_port=htons(PORT);
if((bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(struct sockaddr)))==-1)
{
perror("bind");
exit(1);
}
else printf("bind success!\n");
if(listen(listenfd,BACKLOG)==-1)
{
perror("listen");
exit(1);
}
else printf("sever is listening!\n");
for( ; ; )
{
printf("*********开始聊天*********\n");
len=sizeof(struct sockaddr);
if((connfd=accept(listenfd,(struct sockaddr*)&cliaddr,&len))==-1)
{
perror("accept");
exit(1);
}
else printf("客户端:%s: %d\n",inet_ntoa(cliaddr.sin_addr),ntohs(cliaddr.sin_port));
for( ; ; )
{
bzero(message,MAXSIZE);
printf("输入：");
fgets(message,MAXSIZE,stdin);
if(!strncasecmp(message, "quit", 4))
{
printf("终止聊天!\n");
break;
}
else len=send(connfd,message,strlen(message),0);
if(len<0)
{
printf("发送失败");
break;
}
bzero(message,MAXSIZE);
len=recv(connfd,message,MAXSIZE,0);
if(len>0) printf("客户端：%s",message);
else if(len<0) printf("接受消息失败！\n");
else printf("客户端不在线！\n");
}
close(connfd);
printf("是否退出服务器[Y/N]:");
bzero(message,MAXSIZE);
fgets(message,MAXSIZE,stdin);
if(!strncasecmp(message, "Y", 1))
{
printf("服务器已退出！");
break;
}
}
close(listenfd);
return 0;
} |
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#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#include <errno.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <netinet/in.h>#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#define MAXSIZE 1024#define PORT 8080int main(int argc, char **argv)
{ int sockfd;
struct sockaddr_in servaddr;
socklen_t len;
char message[MAXSIZE];
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
{
perror("socket");
exit(1);
}
else printf("socket create success!\n");
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(PORT);
inet_aton(argv[1],&servaddr.sin_addr);
if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(struct sockaddr))==-1)
{
perror("connect");
exit(1);
}
else printf("conncet success!\n");
for( ; ; )
{
bzero(message,MAXSIZE);
len=recv(sockfd,message,MAXSIZE,0);
if(len>0)
printf("服务器：%s",message);
else
{
if(len<0) printf("接受消息失败！\n");
else printf("服务器已退出！\n");
break;
}
bzero(message,MAXSIZE);
printf("输入：");
fgets(message,MAXSIZE,stdin);
if(!strncasecmp(message, "quit", 4))
{
printf("client 请求终止聊天!\n");
break;
}
else
len = send(sockfd,message,strlen(message),0);
if(len<0)
{
printf("消息发送失败!\n");
break;
}
}
close(sockfd);
return 0;
} |
编译：
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gcc -Wall server.c -o servergcc -Wall client.c -o client |
服务器运行结果：
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5
6
7
8
9
10
11
12
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./server socket create success!bind success!sever is listening!*********开始聊天*********客户端:127.0.0.1: 60355输入：hello客户端不在线！输入：quit终止聊天!是否退出服务器[Y/N]:Y服务器已退出！ |
客户端运行结果：
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3
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5
6
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./client 127.0.0.1socket create success!conncet success!服务器：hello输入：quitclient 请求终止聊天! |