网络编程之套接字

Posted 2022-09-06 hangzhi

套接字

套接字格式

IPv4  IPv6  本地	

套接字建立连接

TCP三次握手：使用套接字建立连接

过程

服务端准备连接

• 创建套接字

  /**
   * domain：指定套接字格式：PF_INET、PF_INET6 以及 PF_LOCAL 等
   * type：字节流TCP，数据报UDP，原始套接字
   * protocol：0
   */
  int socket(int domain, int type, int protocol)
  

• 绑定地址

  调用bind函数把套接字和套接字地址绑定，像登记电话号码一样

  /**
   * fd：套接字
   * addr：一般地址被转为通配地址 todo
   * len：地址长度
   */
  bind(int fd, sockaddr * addr, socklen_t len)
  

• 监听客户端连接

  调用listen函数，告诉系统内核：这个套接字用来等待客户端请求；这样系统内核会为此做好准备，如完成连接队列。

  /**
   * socketfd：套接字
   * backlog：未完成连接队列大小，决定可接收的并发数目
   */
  int listen (int socketfd, int backlog)
  

• 接收客户端请求

  客户端请求到达，服务端应答成功，连接建立（TCP三次握手），调用accept函数通知应用程序，让其感知到这个连接，并返回给一个客户端独有的已连接套接字，用于客户端和服务器之间的通信，当TCP连接断开，那么这个套接字就会被关闭。

  如果使用的是阻塞式模型，accept会阻塞调用直到有一个连接过来。

  /**
   * listensockfd：套接字（这是经历创建/监听得到的，公用的，它一直处于监听状态）
   * cliaddr：客户端地址
   * addrlen：地址长度
   * 返回套接字：已连接套接字描述字（这是单独给当前客户端创建的，后面都使用这个套接字和客户
   * 端通信）
   */
  int accept(int listensockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen)
  

客户端发起连接

• 建立套接字

• 向服务端发起请求

  客户端调用connect函数和服务端建立连接，客户端无需调用bind函数来绑定端口，系统会自动随机分配一个空闲的临时端口，保证端口占用不会发生冲突。

  /**
   * socketfd：连接套接字
   * servaddr：服务端地址
   */
  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen)
  

  如果使用TCP套接字，那么这个connect过程将发生TCP三次握手，以下是阻塞式模型。TCP连接需要建立三次握手，是因为信道是不可靠的，所以需要保证连接双方各自收发消息的能力都正常，以可靠的传输信息。

   

套接字收发数据

一段数据流从应用程序发送端到接收端一个经历6次拷贝：用户空间（应用程序）——>发送缓冲区（系统内核）——>报文封装 * 2

发送数据

发送缓冲区：

内核缓冲区总是充满数据时会产生粘包的问题，而且w网络传输大小MTU也会限制每次发送的大小，缓冲区内的数据什么时候被发送由系统内核决定，所以缓冲区大小无限大并不会提高效率

（阻塞套接字）每次TCP连接成功建立后，内核系统会为每个连接建立发送缓冲区，如果x系统内核的发送缓冲区足够大，那么直接存储，如果不够大，应用程序会被阻塞，不返回，有点空间就先一点点的存储，等到全部存储到缓冲区中，函数才会被返回。

当TCP连接建立后，系统内核会将发送缓冲区中的数据，按照TCP/IP语义封装成TCP的MSS包，及IP的MTU包，最后走数据链路层发送出去。

/**
 * 文件写函数：系统内核向文件系统中写入字节流，size与字节流大小必须一致
 * 实现：把数据从应用程序中拷贝到操作系统内核的发送缓冲区中
 * ssize_t：成功存储到发送缓冲区的大小，不代表对端成功接收到，发送是由系统内核决定的
 */
ssize_t write (int socketfd, const void *buffer, size_t size)
/**
 * 可发送外带数据（基于TCP协议的紧急数据），用于客户端-服务端双向连接特定场景下的j紧急处理
 */
ssize_t send (int socketfd, const void *buffer, size_t size, int flags)
/**
 * 指定多重缓冲区传输数据
 */
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags)

读取数据

因为在unix系统中，套接字描述本身和本地文件描述没有区别，所以都是用的处理本地文件的函数来读取数据

/**
 * socketfd：套接字描述字
 * buffer：读取缓冲区：存储读到的内容
 * ssize_t：读取到的字节数：0表示EOF，读取结束
 */
ssize_t read (int socketfd, void *buffer, size_t size)