TCP客户端 服务端详细代码
2018-06-18 04:05:22来源：未知 阅读 ()
本文章转自http://www.myexception.cn/program/1912019.html
TCP网络编程中connect()、listen()和accept()三者之间的关系
基于 TCP 的网络编程开发分为服务器端和客户端两部分，常见的核心步骤和流程如下：
connect()函数
对于客户端的 connect() 函数，该函数的功能为客户端主动连接服务器，建立连接是通过三次握手，而这个连接的过程是由内核完成，不是这个函数完成的，这个函数的作用仅仅是通知 Linux 内核，让 Linux 内核自动完成 TCP 三次握手连接（三次握手详情，请看《浅谈 TCP 三次握手》），最后把连接的结果返回给这个函数的返回值（成功连接为0， 失败为-1）。
通常的情况，客户端的 connect() 函数默认会一直阻塞，直到三次握手成功或超时失败才返回（正常的情况，这个过程很快完成）。
listen()函数
对于服务器，它是被动连接的。举一个生活中的例子，通常的情况下，移动的客服（相当于服务器）是等待着客户（相当于客户端）电话的到来。而这个过程，需要调用listen()函数。
#include<sys/socket.h> int listen(int sockfd, int backlog);
listen() 函数的主要作用就是将套接字( sockfd )变成被动的连接监听套接字（被动等待客户端的连接），至于参数 backlog 的作用是设置内核中连接队列的长度（这个长度有什么用，后面做详细的解释）。
这里需要注意的是，listen()函数不会阻塞，它主要做的事情为，将该套接字和套接字对应的连接队列长度告诉 Linux 内核，然后，listen()函数就结束。
这样的话，当有一个客户端主动连接（connect()），Linux 内核就自动完成TCP 3次握手，将建立好的链接自动存储到队列中，如此重复。
所以，只要 TCP 服务器调用了 listen()，客户端就可以通过 connect() 和服务器建立连接，而这个连接的过程是由内核完成。
下面为测试的服务器和客户端代码，运行程序时，要先运行服务器，再运行客户端：
服务器：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = 8000;
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 创建通信端点：套接字
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
my_addr.sin_family = AF_INET;
my_addr.sin_port = htons(port);
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
if( err_log != 0)
{
perror("binding");
close(sockfd);
exit(-1);
}
err_log = listen(sockfd, 10);
if(err_log != 0)
{
perror("listen");
close(sockfd);
exit(-1);
}
printf("listen client @port=%d...\n",port);
sleep(10); // 延时10s
system("netstat -an | grep 8000"); // 查看连接状态
return 0;
}
客户端：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = 8000; // 服务器的端口号
char *server_ip = "10.221.20.12"; // 服务器ip地址
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 创建通信端点：套接字
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服务器地址
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);
int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 主动连接服务器
if(err_log != 0)
{
perror("connect");
close(sockfd);
exit(-1);
}
system("netstat -an | grep 8000"); // 查看连接状态
while(1);
return 0;
}
运行程序时，要先运行服务器，再运行客户端，运行结果如下：
三次握手的连接队列
这里详细的介绍一下 listen() 函数的第二个参数（ backlog）的作用：告诉内核连接队列的长度。
为了更好的理解 backlog 参数，我们必须认识到内核为任何一个给定的监听套接口维护两个队列：
1、未完成连接队列（incomplete connection queue），每个这样的 SYN 分节对应其中一项：已由某个客户发出并到达服务器，而服务器正在等待完成相应的 TCP三次握手过程。这些套接口处于 SYN_RCVD 状态。
2、已完成连接队列（completed connection queue），每个已完成 TCP 三次握手过程的客户对应其中一项。这些套接口处于 ESTABLISHED 状态。
当来自客户的 SYN 到达时，TCP 在未完成连接队列中创建一个新项，然后响应以三次握手的第二个分节：服务器的 SYN 响应，其中稍带对客户 SYN 的 ACK（即SYN+ACK），这一项一直保留在未完成连接队列中，直到三次握手的第三个分节（客户对服务器 SYN 的 ACK ）到达或者该项超时为止（曾经源自Berkeley的实现为这些未完成连接的项设置的超时值为75秒）。
如果三次握手正常完成，该项就从未完成连接队列移到已完成连接队列的队尾。
backlog 参数历史上被定义为上面两个队列的大小之和，大多数实现默认值为 5，当服务器把这个完成连接队列的某个连接取走后，这个队列的位置又空出一个，这样来回实现动态平衡，但在高并发 web 服务器中此值显然不够。
accept()函数
accept()函数功能是，从处于 established 状态的连接队列头部取出一个已经完成的连接，如果这个队列没有已经完成的连接，accept()函数就会阻塞，直到取出队列中已完成的用户连接为止。
如果，服务器不能及时调用 accept() 取走队列中已完成的连接，队列满掉后会怎样呢？UNP（《unix网络编程》）告诉我们，服务器的连接队列满掉后，服务器不会对再对建立新连接的syn进行应答，所以客户端的 connect 就会返回 ETIMEDOUT。但实际上Linux的并不是这样的！
下面为测试代码，服务器 listen() 函数只指定队列长度为 2，客户端有 6 个不同的套接字主动连接服务器，同时，保证客户端的 6 个 connect()函数都先调用完毕，服务器的 accpet() 才开始调用。
服务器：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
unsigned short port = 8000;
int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
my_addr.sin_family = AF_INET;
my_addr.sin_port = htons(port);
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
if( err_log != 0)
{
perror("binding");
close(sockfd);
exit(-1);
}
err_log = listen(sockfd, 2); // 等待队列为2
if(err_log != 0)
{
perror("listen");
close(sockfd);
exit(-1);
}
printf("after listen\n");
sleep(20); //延时 20秒
printf("listen client @port=%d...\n",port);
int i = 0;
while(1)
{
struct sockaddr_in client_addr;
char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";
socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);
int connfd;
connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);
if(connfd < 0)
{
perror("accept");
continue;
}
inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);
printf("-----------%d------\n", ++i);
printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(client_addr.sin_port));
char recv_buf[512] = {0};
while( recv(connfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0) > 0 )
{
printf("recv data ==%s\n",recv_buf);
break;
}
close(connfd); //关闭已连接套接字
//printf("client closed!\n");
}
close(sockfd); //关闭监听套接字
return 0;
}
客户端：
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
void test_connect()
{
unsigned short port = 8000; // 服务器的端口号
char *server_ip = "10.221.20.12"; // 服务器ip地址
int sockfd;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 创建通信端点：套接字
if(sockfd < 0)
{
perror("socket");
exit(-1);
}
struct sockaddr_in server_addr;
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服务器地址
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);
int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 主动连接服务器
if(err_log != 0)
{
perror("connect");
close(sockfd);
exit(-1);
}
printf("err_log ========= %d\n", err_log);
char send_buf[100]="this is for test";
send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0); // 向服务器发送信息
//close(sockfd);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
pid_t pid;
pid = fork();
if(0 == pid){
test_connect(); // 1
pid_t pid = fork();
if(0 == pid){
test_connect(); // 2
}else if(pid > 0){
test_connect(); // 3
}
}else if(pid > 0){
test_connect(); // 4
pid_t pid = fork();
if(0 == pid){
test_connect(); // 5
}else if(pid > 0){
test_connect(); // 6
}
}
while(1);
return 0;
}
同样是先运行服务器，在运行客户端，服务器 accept()函数前延时了 20 秒， 保证了客户端的 connect() 全部调用完毕后再调用 accept(),运行结果如下：
按照 UNP 的说法，连接队列满后（这里设置长度为 2，发了 6 个连接），以后再调用 connect() 应该统统超时失败，但实际上测试结果是：有的 connect()立刻成功返回了，有的经过明显延迟后成功返回了。对于服务器 accpet() 函数也是这样的结果：有的立马成功返回，有的延迟后成功返回。
对于上面服务器的代码，我们把lisen()的第二个参数改为大于 6 的数(如 10)，重新运行程序，发现，客户端 connect() 立马返回成功， 服务器 accpet() 函数也立马返回成功。
TCP 的连接队列满后，Linux 不会如书中所说的全部拒绝连接，有些会延时连接，有些会连接不上（当队列的长度指定为 0 ），写程序时服务器的 listen() 的第二个参数最好还是根据需要填写，写太大不好（具体可以看cat /proc/sys/net/core/somaxconn，默认最大值限制是 128），浪费资源，写太小也不好，延时建立连接（也有可能连接不上）。
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