第03章+基本TCP套接口编程.ppt
Tcp套接字编程TCP套接字编程（cont.）基本套接字函数socket#include int socket(int family,int type,int protocol)返回：非负套接字（sockfd）成功；-1出错。family:协议族；type:套接字类型;protocol：一般为0，除原始套接字外。family typeAF_INET IPv4协议SOCK_STREAM 字节流套接口AF_INET6IPv6协议SOCK_DGRAM 数据报套接口AF_LOCALunix域协议SOCK_RAW 原始套接口AF_ROUTE 路由套接口AF_KEY 密钥套接口Protocol：指明此socket请求所使用的协议，可以使用如下相关符号常数来表示。IPPROTO_TCP:表示TCP协议IPPROTO_UDP:表示UDP协议基本套接字函数bind#include int bind(int sockfd,const struct sockaddr*addr,socklen_len len)返回：0成功；-1出错并置errnon该函数指明套接字将使用本地的哪一个协议端口进行数据传送（IP地址和端口号），注意：协议地址addr是通用地址。nLen是该地址结构（第二个参数）的长度。n一般而言，服务器调用此函数，而客户则很少调用它。绑定地址时，可以指定地址和端口号，也可以指定其中之一，甚至一个也不指定。通配地址：INADDR_ANY，其值一般为0，它通知内核选择IP地址。IP地址 端口 结果通配地址 0 内核选择IP地址和端口号通配地址 非0 内核选择IP地址，进程指定端口本地IP 0 进程指定IP地址，内核选择端口本地IP 非0 进程指定IP地址和端口号 若指定端口号为0，调用函数bind时，内核选择一个临时端口(在实际中，端口号都要指定)；但若指定一个通配IP地址，则直到套接字已连接（TCP）或数据报已在套接字上发出（UDP），内核才选择一个本地IP地址。bind函数的用法struct sockaddr_in addr;int port=1234;int opt=SO_REUSEADDR;setsockopt(fd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&opt,sizeof(opt);bzero(&server,sizeof(server);addr.sin_family=AF_INET;addr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY);addr.sin_port=htons(port);if(bind(fd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr)=-1)/*错误处理*/基本套接字函数listen#include int listen(int sockfd,int backlog)返回：0成功；-1出错并置errno值；n函数listen仅被服务器调用,它完成两件事情：n函数listen将未连接的套接字转化成被动套接字，指示内核应接受指向此套接字的连接请求；n函数的第二个参数规定了内核为此套接字排队的最大连接个数；n对于给定的监听套接字，内核要维护两个队列n未完成连接队列n已完成连接队列n两个队列之和不超过backlog;客户服务器Connect调用在未完成队列建立条目SYN JSYN K,ack J+1ack K+1该条目从未完成队列移至已完成队列，accept阻塞Connect返回TCP三路握手和监听套接口的两个队列listen函数（续）三路握手完成两队列之和不能超过backlog已完成连接队列(ESTABLISHED状态)未完成连接队列(SYN_RCVD状态)新到达的SYN分节服务器TCPacceptTCPTCP为监听套接口维护的两个队列为监听套接口维护的两个队列listen函数（续）另外几点说明：n不同的实现对backlog有不同的解释，如源自Berkeley的实现将backlog增加一个模糊因子，把它乘以1.5，再作为两个队列之和；n不要把backlog定义为0，因为有些实现允许1个连接排队，而有些实现不允许有连接排队；n当一个客户SYN到达时，若两个队列都是满的，tcp就忽略此分节，且不发送RST。这是因为，这种情况是暂时的，客户tcp将重发SYN，期望不久的将来就能在队列中找到空闲条目。n n如果发送如果发送RSTRST，将会出现？将会出现？基本套接字函数connect#include int connect(int sockfd,const struct sockaddr*addr,socklen_t addrlen);返回：0成功；-1出错；n函数connect激发TCP的三路握手过程；仅在成功或出错返回；错误有以下几种情况：n如果客户没有收到SYN分节的响应（总共75秒，这之间需要可能需要重发若干次SYN），则返回ETIMEDOUT。n如果对客户的SYN的响应是RST，则表明该服务器主机在指定的端口上没有进程在等待与之相连。函数返回错误ECONNREFUSED；n如果客户发出的SYN在中间路由器上引发一个目的地不可达ICMP错误，客户上的内核保存此消息，并按第一种情况，连续发送SYN，直到规定时间，返回保存的消息（即ICMP错误）作为EHOSTUNREACH或ENETUNREACH错误返回给进程。基本套接字函数accept#include int accept(int sockfd,struct sockaddr*cliaddr,socklen_t*addrlen);返回：非负描述字（connfd）OK；-1出错；naccept函数由TCP服务器调用；从已完成连接队列头返回下一个已完成连接；如果该队列空，则进程进入睡眠状态。n函数返回的套接字为已连接套接字，应与监听套接字区分开来n该函数最多返回三个值返回三个值：一个既可能是新套接字也可能是错误指示的整数，一个客户进程的协议地址（由cliaddr所指），以及该地址的大小（这后两个参数是值结果参数）；也就是说，服务器可以通过参数cliaddr来得到请求连接并获得成功的客户的地址和端口号；基本套接字函数close#include int close(int sockfd);返回:0OK；-1出错；nclose函数缺省功能是将套接字做上“已关闭”标记，并立即返回到进程。这个套接字不能再为该进程所用。n正常情况下，close将引发向TCP的四分节终止序列，但在终止前将发送已排队的数据；n如果套接字描述符访问计数在调用close后大于0（在多个进程共享同一个套接字的情况下），则不会引发TCP终止序列（即不会发送FIN分节）；基本套接字函数-shutdown#include int shutdown(int sockfd,int howto);返回:0OK；-1出错，并置相应的errno的值；n该函数立即发送FIN分节（无论其访问计数是否大于0）。shutdown根据参数howto关闭指定方向的数据传输；nSHUT_RD：关闭连接的读这一半，不再接收套接字中的数据且现留在接收缓冲区的数据作废；nSHUT_WR：关闭连接的写这一半（半关闭），当留在套接字发送缓冲区中的数据都被发送，后跟tcp连接终止序列，不管访问计数是否大于0；此后将不能在执行对套接字的任何写操作；nSHUT_RDWR：连接的读、写都关闭，这等效于调用shutdown两次，一次调用是用SHUT_RD，第二次用SHUT_WR。数据数据FIN数据和FIN的确认数据数据FIN数据和FIN的确认writewriteshutdownRead返回大于0Read返回大于0Read返回0writewritecloseRead返回大于0Read返回0Read返回大于0客户服务器调用shutdown关闭一半TCP连接基本套接字函数read#include int read(int fd,char*buf,int len);返回:大于0读写字节大小；-1出错；n调用函数read时，有如下几种情况：n套接字接收缓冲区接收数据，返回接收到的字节数；ntcp协议收到FIN数据，返回0；ntcp协议收到RST数据，返回1，同时errno为ECONNRESET；n进程阻塞过程中接收到信号，返回1，同时errno为EINTR。read（connfd，buff，strlen（buff）;基本套接字函数write#include int write(int fd,char*buf,int len);返回:大于0读写字节大小；-1出错；n调用函数write，有如下几种情况：n套接字发送缓冲区有足够空间，返回发送的字节数；ntcp协议接收到RST数据，返回1，同时errno为ECONNRESET；n进程阻塞过程中接收到信号，返回1，同时errno为EINTR。write（connfd，buff，strlen（buff）;数据传输函数send#include#include ssize_t send(int fd,const void*msg,size_t len,int flags);返回：非0发送成功的数据长度；-1出错；nflags 是传输控制标志，其值定义如下：n0：常规操作，如同write()函数nMSG_OOB，发送带外数据(TCP紧急数据)。nMSG_DONTROUTE：忽略底层协议的路由设置，只能将数据发送给与发送机处在同一个网络中的机器上。数据传输函数recv#include#include ssize_t recv(int fd,void*buf,size_t len,int flags);返回：大于0表示成功接收的数据长度；0:对方已关闭，-1:出错。nflags是传输控制标志，其值定义如下：n0：常规操作，如同read()函数；nMSG_PEEK：只查看数据而不读出数据，后续读操作仍然能读出所查看的该数据；nMSG_OOB：忽略常规数据，而只读带外数据；nMSG_WAITALL：recv函数只有在将接收缓冲区填满后才返回。TCP套接字编程n实现TCP套接字基本步骤分为服务器端和客户端两部分：n服务器端创建套接字；绑定套接字；设置套接字为监听模式，进入被动接受连接状态；接受请求，建立连接读写数据终止连接TCP套接字编程（cont.）n客户端步骤创建套接字与远程服务器建立连接读/写数据；终止连接TCP服务器模板int main(void)int sockfd,connect_sock;if(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)=-1)perror(“create socket failed.”);exit(-1);/*bind sockfd to some address*/*listen*/loop if(connect_sock=accept(sockfd,NULL,NULL)=-1)perror(“Accept error.”);exit(-1);/*read and process request*/close(connect_sock);close(sockfd);TCP客户模板/*include some header files*/int main(void)int sockfd;if(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)=-1)perror(“Create socket failed.”);exit(-1);/*connect to server*/*send requst and receive response*/close(sockfd);TCP套接字例程n采用客户/服务器模式，完成下列功能：n客户根据用户提供的IP地址，连接相应的服务器；n服务器等待客户的连接，一旦连接成功，则显示客户的IP地址，并发欢迎信息给客户；n客户接收服务器发送的信息并显示；三种异常情况n下面我们考虑在以下三种异常情况发生后，tcp客户服务器程序的反映；n服务器主机崩溃n服务器主机崩溃后重启n服务器主机关机。服务器主机崩溃n服务器主机崩溃时，已有的网络连接上发不出任何东西。n同时假设应用程序发出数据后，然后阻塞于从套接字读取响应。n由于服务器主机崩溃，因此客户tcp会持续重传数据分节，试图从服务器接收一个ACK：源自Berkeley的实现将重传12次。当客户tcp最终放弃时，返回给客户一个错误，此时错误是ETIMEDOUT，或者是因为中间路由器判定服务器主机不可达，且以一个目的地不可达的ICMP消息响应，则错误是EHOSTUNREACH或ENETUNREACH。n通过设置套接字选项可以更改tcp持续重传等待的超时时间。服务器主机崩溃后重启n在这种情况下，如果客户在主机崩溃重启前不主动发送数据，那么客户是不会知道服务器已崩溃的。在服务器重启后，客户向服务器发送一个数据分节；n由于服务器重启后丢失了以前的连接信息（尽管在服务端口上有进程监听，但连接套接字所在的端口无进程等待），因此导致服务器主机的tcp响应RST；n当客户tcp收到RST，向客户返回错误，ECONNRESETn如果客户对服务器的崩溃情况很关心，即使客户不主动发送数据也这样，就需要其他技术支持（如套接口选项SO_KEEPALIVE或某些客户服务器心跳函数）。服务器主机关机n当Linux主机关机时，由init进程给所有运行的进程发信号SIGTERM（我们的服务器程序可以捕获该信号，并在信号处理程序中正常关闭网络连接）。n如果服务器程序忽略了SIGTERM信号，则init进程会等待一段固定的时间（通常是5s20s），然后给所有还在运行的程序发信号SIGKILL（该信号不能由服务器程序捕获）；服务器将由信号SIGKILL终止，其终止时，所有打开的描述字被关闭，这导致向客户发送FIN分节；n客户收到FIN分节后，能推断出服务器将终止服务。
