TCP IP套接字编程学习.docx

一、 TCP/IP、UDP的基本概念
TCP/IP即传输控制协议，是一个工业标准协议集，为广域网设计的。涉及多个其他协议，主要以TCP和IP为代表。UDP即用户数据报协议。
TCP/IP进行数据传输主要分为两个过程：建立连接过程和数据传输过程。
TCP/IP协议通过三次握手建立一个可靠的连接，步骤：
第一次握手：建立连接时，客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
数据传输过程：
发送端发送数据，然后进入等待ACK确定信号状态，随后接收端接收到数据，发送ACK确认信号，发送端接收到ACK后才发送下一组数据，同时发送端有一个定时器，定时时间到了没有接收到ACK，就认为发送失败了，进行重新发送。因为发送端发送完数据后处于等待状态，因此为了提高效率，引入“滑动窗口”的概念，就是发送的时候一次发送多组数据，相当于窗口的大小，然后当接收到第一个ACK后，就将窗口向后移动一个数据，就形成了滑动窗口的情况。

二、Socket编程

1创建套接口：
Int socket（int family，int type，int ptotocol）
功能：生成一个套接口描述
返回值：成功返回套接口描述符，失败返回-1.
参数1：family指明协议族
PF_UNIX----UNIX协议族
PF_INET-----IPV4协议
PF_INET6---IPV6协议
AF_ROUTE—路由套接口
参数2：type指明通信字节流，取值
SOCK_STREM----TCP方式
SOCK_DGRAM---UDP方式
SOCK_RAW------原始套接口
参数3：ptotocol一般设置为0
2绑定端口：
Int bind(int sockfd,const struct sockaddr * my_addr,socklen addrlen)
功能：调用socket创建一个套接口后，需要使用bind函数在这个套接口上绑定一个指定的端口号和IP地址。
返回：成功0，失败-1
参数1：sockfd已建立的socket编号（描述符）
参数2：my_addr是一个指向sockaddr结构体类型的指针
参数3：addrlen表示my_addr结构的长度，可以用sizeof获得
3等待监听函数
Int listen(int sockfd,int backlog)
功能：监听是指socket的端口一直处于等待的状态，监听网络中的所有客户机，耐心等待某一客户机的发送请求。如果客户端有连接请求，端口就会接受这个链接。
返回：成功0，失败-1
参数1：sockfd已建立的套接口描述符
参数2：backlog能同时处理的最大连接请求数，如果超过这个数目，客户端将接收到ECONNREFUSED拒绝连接的错误
4接受连接的函数
Int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socketlen *addrlen)
功能：服务区处于监听状态，若某时获得客户机的连接请求，此时并不是立即处理这个请求，而是将这个请求放在等待队列中，当系统空闲时在处理客户机的连接请求，接受连接请求的函数式accept。
返回：成功返回新的套接口描述符 ，失败-1
参数1：sockfd表示处于监听状态的socket
参数2：addr是一个sockaddr结构体类型的指针，系统会把远程主机的信息保存到这个指针所指向的结构体中。
参数3：addrlen表示sockaddr的内存长度，可以用sizeof函数取得。
当accept函数接受一个连接时，会返回一个新的socket标示符，以后的数据传输与读取就是通过这个新的socket编号来处理，原来参数中的socket也可以继续使用。接受链接以后，远程主机的地址和端口信息将会保存到addr所指的结构体中。
5请求连接的函数
Int connect(int sockfd,const struct sockaddr *serv_addr,int addrlen)
功能：客户机向服务器发送信息之前，需要先发送一个链接请求，请求与服务器建立一个连接请求，请求与服务器建立TCP通信连接。Connect函数会将本地的socket连接到serv_addr所指定的服务器IP与端口号上去。
返回：成功0，失败-1
参数1：sockfd表示已建立的套接口标示符。
参数2：serv_addr是一个结构体指针，指向一个sockaddr结构体，这个结构体存储着远程服务器的IP与端口号信息
参数3：addrlen表示sockaddr结构体的内存长度，可以用sizeof取得
6数据发送函数 TCP使用
int send(int socket,const void*msg,int len,unsigned int flags );  
功能：不论是客户还是服务器应用程序都用send函数来向TCP连接的另一端发送数据。客户程序一般用send函数向服务器发送请求，而服务器则通常用send函数来向客户程序发送应答。
返回：成功返回已发送的字符数，失败-1
参数1:socket指定发送端套接字描述符；
参数2:msg指明一个存放应用程序要发送数据的缓冲区即需要发送数据的指针；
参数3:len指明实际要发送的数据的字节数；
参数4:flags一般置0。
这里只描述同步Socket的send函数的执行流程。当调用该函数时，send先比较待发送数据的长度len和套接字socket的发送缓冲的长度，如果len大于socket的发送缓冲区的长度，该函数返回SOCKET_ERROR；如果len小于或者等于socket的发送缓冲区的长度，那么send先检查协议 是否正在发送socket的发送缓冲中的数据，如果是就等待协议把数据发送完，如果协议还没有开始发送socket的发送缓冲中的数据或者socket的发送缓冲中没有数据，那么 send就比较socket的发送缓冲区的剩余空间和len，如果len大于剩余空间大小send就一直等待协议把socket的发送缓冲中的数据发送完，如果len小于剩余 空间大小send就仅仅把buf中的数据copy到剩余空间里（注意并不是send把socket的发送缓冲中的数据传到连接的另一端的，而是协议传的，send仅仅是把buf中的数据copy到socket的发送缓冲区的剩余空间里）。如果send函数copy数据成功，就返回实际copy的字节数，如果send在copy数据时出现错误，那么send就返回SOCKET_ERROR；如果send在等待协议传送数据时网络断开的话，那么send函数也返回SOCKET_ERROR。
要注意send函数把msg中的数据成功copy到socket的发送缓冲的剩余空间里后它就返回了，但是此时这些数据并不一定马上被传到连接的另一端。
注意：在Unix系统下，如果send在等待协议传送数据时网络断开的话，调用send的进程会接收到一个SIGPIPE信号，进程对该信号的默认处理是进程终止。
7数据接收函数 TCP使用
int recv( int socket,void *buf,int len,unsigned int flags);   
功能：不论是客户还是服务器应用程序都用recv函数从TCP连接的另一端接收数据。实现接收远程主机发来的数据，并把这些数据保存在一个数组中。
返回：成功返回接收到的字符数，失败-1
参数1：socket指定接收端套接字描述符；
参数2：buf指明一个指针数组，该数组用来存放recv函数接收到的数据；
参数3：len指明buf数组的长度；
参数4：flags一般置0。
这里只描述同步Socket的recv函数的执行流程。当应用程序调用recv函数时，recv先等待socket的发送缓冲中的数据被协议传送完毕，如果协议在传送socket的发送缓冲中的数据时出现网络错误，那么recv函数返回SOCKET_ERROR，如果socket的发送缓冲中没有数据或者数据被协议成功发送完毕后，recv先检查套接字socket的接收缓冲区，如果socket接收缓冲区中没有数据或者协议正在接收数据，那么recv就一直等待，直到协议把数据接收完毕。当协议把数据接收完毕，recv函数就把socket的接收缓冲中的数据copy到buf中（注意协议接收到的数据可能大于buf的长度，所以 在这种情况下要调用几次recv函数才能把socket的接收缓冲中的数据copy完。recv函数仅仅是copy数据，真正的接收数据是协议来完成的），recv函数返回其实际copy的字节数。如果recv在copy时出错，那么它返回SOCKET_ERROR；如果recv函数在等待协议接收数据时网络中断了，那么它返回0。
8 write与read函数
ssize_t write (int fd, const void *buf, size_t count)
ssize_t read (int fd, void *buf, size_t count)
功能：write函数用来向文件中写入数据，read函数用来从文件中读取数据。在网络编程中，当socket建立后，向这个socket种写入数据即表示向远程主机传送数据，从socket读取数据则相当于接收远程主机传过来的数据。二者的作用分别与send和recv函数类似。
返回：成功返回已写入或已读出的字节数，失败-1
参数1：表示已建立的socket
参数2：buf指向一段内存的指针
参数3：count表示buf指向内存的长度
8获得和设置当前套接字选项特定属性的值
Int getsockopt(int sockfd,int level,int optname,void *optval,socklen_t*optlen)
Int setsockopt(int sockfd,int level,int optname,const void *optval,socklen_t optlen)
返回：0成功，-1失败
参数1：sockfd套接字描述符
参数2：level套接字选项的协议层level
参数3：optname套接字选项条目名称
参数4：optval套接字选项接收缓冲区的指针
参数5：选项的输入缓冲区长度及返回的选项缓冲区长度指针optlen和*optlen
协议层参数level代表套接字选项所在的协议层次。
9 I/O多路复用
I/O多路复用应用场合：
1） 客户端同时处理多个文件描述符
2） 客户端要同时处理多个网络套接字
3） TCP服务器同时处理监听套接字和连接套接字
4） 服务器同时处理TCP和UDP
I/O多路复用时，应用程序在执行Select函数系统调用的时候被阻塞，而不是被阻塞在实际的I/O系统调用阶段。Select函数允许进程指示多个事件中的一个或多个的发生，或者若在规定的时间内没有任何事件发生，内核唤醒应用进程进行后续处理。