第03章+基本TCP套接口编程.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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 type,AF_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_LOCAL,unix,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,errno,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。,Len,是该地址结构（第二个参数）的长度。,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；,函数,listen,仅被服务器调用,它完成两件事情：,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；,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；,对于给定的监听套接字，内核要维护两个队列,未完成连接队列,已完成连接队列,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 J,SYN K,ack,J+1,ack,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,TCP,accept,TCP,为监听套接口维护的两个队列,listen,函数（续）,另外几点说明：,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；,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；,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。,如果发送,RST,，,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；,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：,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,。,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,；,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；,accept,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。,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,该函数最多,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,:0,OK,；,-1,出错；,close,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。,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；,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,:0,OK,；,-1,出错，并置相应的,errno,的值；,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；,SHUT_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；,SHUT_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；,SHUT_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,write,write,shutdown,Read,返回大于,0,Read,返回大于,0,Read,返回,0,write,write,close,Read,返回大于,0,Read,返回,0,Read,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；,调用函数,read,时，有如下几种情况：,套接字接收缓冲区接收数据，返回接收到的字节数；,tcp,协议收到,FIN,数据，返回,0,；,tcp,协议收到,RST,数据，返回,1,，同时,errno,为,ECONNRESET,；,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；,调用函数,write,，,有如下几种情况：,套接字发送缓冲区有足够空间，返回发送的字节数；,tcp,协议接收到,RST,数据，返回,1,，同时,errno,为,ECONNRESET,；,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；,flags,是传输控制标志，其值定义如下：,0,：常规操作，如同,write(),函数,MSG_OOB,，,发送带外数据,(TCP,紧急数据,),。,MSG_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。,flags,是传输控制标志，其值定义如下：,0,：常规操作，如同,read(),函数；,MSG_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；,MSG_OOB,：,忽略常规数据，而只读带外数据；,MSG_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,实现,TCP,套接字基本步骤分为服务器端和客户端两部分：,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.,）,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,采用客户,/,服务器模式，完成下列功能：,客户根据用户提供的,IP,地址，连接相应的服务器；,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；,客户接收服务器发送的信息并显示；,三种异常情况,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；,服务器主机崩溃,服务器主机崩溃后重启,服务器主机关机。,服务器主机崩溃,服务器主机崩溃时，已有的网络连接上发不出任何东西。,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。,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,。,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,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；,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,；,当客户,tcp,收到,RST,，,向客户返回错误，,ECONNRESET,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,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）。,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；,客户收到,FIN,分节后，能推断出服务器将终止服务。,