[UNP]:套接字编程基本API

  • 套接字函数事件表

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1. socket()

socket()用于创建新的套接字

  • socket()

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    #include<sys/socket.h>

    int socket(int family, int type, int protocol);
                                        // 返回：成功返回套接字描述符，失败-1

    • family

      family为地址族，可选值如下

      family 说明
      AF_INET IPv4协议
      AF_INT6 IPv6协议
      AF_LOCAL Unix域协议
      AF_ROUTE 路由套接字
      AF_KEY 秘钥套接字

    • type

      指明套接字的类型，可选值如下

      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_RAM 原始套接字

    • protocol

      protocol参数可以设置为0，以表示family, type经过组合产生产生的默认值, family与type组合产生的protocol默认值如下

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      “是”表明这样搭配也是有效的，但是没有合适的缩略语

      也可以手动设置

      protocol 说明
      IPPROTO_TCP TCP传输协议
      IPPROTO_UDP UDP传输协议
      IPPROTO_SCTP SCTP传输协议

2. connect()

connect()函数用于建立与服务器的连接

  • connect()

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    #include <sys/socket.h>

    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr,socklen_t addrlen);
                                                        // 返回：成功 0，失败 -1

    • sockfd

      本地套接字描述符

    • servaddr

      服务器套接字结构

    • addrlen

      调节子结构大小

  • 注意点

    • 调用connect函数触发三路握手，仅在连接建立成功或出错时才返回，出错返回有以下情况：
      1. TCP客户端没有收到SYN分节的响应，返回 ETIMEDOUT 错误(在多次尝试失败后)；
      2. TCP客户端收到的 SYN 响应是 RST，立即返回 ETIMEDOUT 错误(硬错误，表明服务器主机在指定的端口上没有进程等待连接)
      3. TCP客户端发出的 SYN 在中间的路由上引发 “destination unreachable” ICMP错误(软错误)，客户机会将 ICMP 错误信息保存在本地，继续尝试重发，若一段时间之后人体没有收到响应，那么就把保存的错误信息作为EHOSTTUNREACH或者ENETUNREACH 错误返回给进程
      4. 产生 RST 错误分节的条件:
        1. SYN 到达目的，但指定的端口没有进程
        2. TCP 取消一个已有连接
        3. TCP 接收到一个不存在的连接的分节
    • 若 connect 失败，则该套接字不能用，必须 close，再重新调用 socket 创建新的套接字

3. bind()

bind()将一个本地协议地址({IP地址, 端口号})与一个通过socket()产生的套接字绑定

  • bind()

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    #include <sys/socket.h>

    int bind(int sockfd,const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
                                                    // 返回：成功0 失败 -1

    • sockfd

      本地套接字

    • myaddr

      本地套接字结构

    • addrlen

      套接字结构大小

  • 注意点

    • 端口号

      bind()基本上只由服务器调用，服务器在启动时需要绑定他们众所周知的端口，如果没有调用bind()的话，当调用connect()(客户机)或listen()(服务器)时，系统就会为套接字分配一个临时的端口号

      对于客户端来说，分配临时端口号没有什么问题，所以客户端基本不调用bind(), 而服务器是通过众所周知的端口号被认识的，必须调用bind()

    • IP地址

      • 对于服务器而言，使用bind()将套接字与指定IP绑定之后，意味着该套接字只接受目的地址为该IP地址的分节
      • 当发送分节的时候，内核会根据分节到达服务器的路径来自动选择IP地址
      • 如果TCP服务器没有使用bind()将套接字与指定IP绑定，那么服务器就会将客户发送的SYN的目的地址作为服务器的源IP地址

    • 默认套接字

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      如果指定端口号为0, 那么bind()时选择的仍然是一个临时端口号，如果IP地址为通配地址INADDR_ANT, 那么同样有内核对IP地址进行选择

4. listen()

listen()函数用于监听指定套接字

主动套接字与被动套接字

  • 当socket创建一个套接字的时候，它被假定为一个主动套接字，即系统认为它即将调用connect()与其它主机建立连接
  • listen()函数会将其转变为被动套接字，指示内核应该接受指向该套接字的连接请求

  • listen()

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    #include <sys/socket.h>

    int listen(int sockfd, int backlog);
                // 返回：成功 0 失败 -1

    • sockfd

      指定套接字

    • backlog

      内核应该为相应套接字排队的最大连接个数

  • backlog参数解释

    内核为任意一个监听套接字维护两个队列

    • 未完成连接队列

      当套接字接受到一个SYN, 并且发出[SYN +ACK] 报文之后，内核就会将该连接加入未完成连接队列，此时套接字位于SYN_RCVD状态

    • 已完成连接队列

      对于每个已经完成了TCP三路握手的连接，内核会将他们加入以完成连接队列，此时套接字处于ESTABLISHED状态

    图例

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    如上图所示，**backlog参数就是用来限定这两个队列套接字的总和**

实际上，上述解释也不一定对，因为各家实现是不同的

5. accept()

accept()调用会从已完成连接队头返回下一个已完成连接，如果已完成队列为空，那么进程会被置为睡眠状态(或阻塞)

  • accpet()

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    #include <sys/socket.h>

    int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
                                           // 返回：成功 返回已连接套接字， 出错 -1

    • sockfd

      监听套接字，accept()会从该套接字对应的已完成队列中获取连接

    • childaddr

      返回已连接的客户的协议地址

    • addrlen

      是一个值-结果类型参数，传入时代表childaddr的大小，传出时代表写入的字节大小

监听套接字与已连接套接字

  • 当使用listen()监听一个套接字之后，该套接字就被称为监听套接字(被动套接字), 一个监听套接字在服务器声明周期内一直存在
  • accept()返回的是一个新的套接字，被称为已连接套接字，当服务器完成与某个客户的连接之后，相应的已连接套接字就被关闭

accept()的返回时机

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  • 当连接建立完成，即服务器接收到最后一个ACK时，accept()从睡眠(阻塞)中返回

6. close()

close()用于关闭一个套接字, 就和关闭一个普通文件一样

  • close()

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    #include <unistd.h>

    int close(int sockfd);
                // 返回： 成功 0，失败 -1

    • sockfd

      指定套接字

  • 注意点

    • 调用close 套接字描述符引用计数减 1，若减 1 后引用计数为 0 ，发送 FIN 开启 TCP 连接终止过程
    • 立即结束 TCP 连接，使用 shutdown 函数
    • 并发服务器编程时，父进程必须关闭已连接描述符，否则导致套接字描述符总是大于 1， 连接不会被真正终止，并可能耗尽可用描述符

7. getsockname(), getpeername()

getsockname() 返回与该套接字关联的本地协议地址
getpeername() 返回与该套接字关联的外地协议地址

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#include <sys/socket.h>

int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *localaddr, socklen_t *addrlen);

int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *peeraddr, socklen_t *addrlen);
                                                    // 返回：成功 0，失败 -1

  • sockfd

    给定套接字，已连接套接字或者监听套接字都可以

  • addr

    返回结果

  • addrlen

    值-结果类型参数，传入指明addr大小，传出指明写入大小

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