手机快速建站,佛山专业的免费建站,网站开发的职业规划,wordpress主题开发书籍TCP和UDP区别 TCP和UDP编程区别
TCP编程的服务器端一般步骤是#xff1a; 1、创建一个socket#xff0c;用函数socket()#xff1b; 2、设置socket属性#xff0c;用函数setsockopt(); * 可选 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上#xff0c;用函数bind(); …TCP和UDP区别 TCP和UDP编程区别
TCP编程的服务器端一般步骤是 1、创建一个socket用函数socket() 2、设置socket属性用函数setsockopt(); * 可选 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上用函数bind(); 4、开启监听用函数listen() 5、接收客户端上来的连接用函数accept() 6、收发数据用函数send()和recv()或者read()和write(); 7、关闭网络连接 8、关闭监听
TCP编程的客户端一般步骤是 1、创建一个socket用函数socket() 2、设置socket属性用函数setsockopt();* 可选 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上用函数bind();* 可选 4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性 5、连接服务器用函数connect() 6、收发数据用函数send()和recv()或者read()和write(); 7、关闭网络连接
与之对应的UDP编程步骤要简单许多分别如下 UDP编程的服务器端一般步骤是 1、创建一个socket用函数socket() 2、设置socket属性用函数setsockopt();* 可选 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上用函数bind(); 4、循环接收数据用函数recvfrom(); 5、关闭网络连接
UDP编程的客户端一般步骤是 1、创建一个socket用函数socket() 2、设置socket属性用函数setsockopt();* 可选 3、绑定IP地址、端口等信息到socket上用函数bind();* 可选 4、设置对方的IP地址和端口等属性; 5、发送数据用函数sendto(); 6、关闭网络连接
1、网络中进程之间如何通信
本地的进程间通信IPC有很多种方式但可以总结为下面4类
1、消息传递管道、FIFO、消息队列2、同步互斥量、条件变量、读写锁、文件和写记录锁、信号量3、共享内存匿名的和具名的4、远程过程调用Solaris门和Sun RPC 但这些都不是本文的主题我们要讨论的是网络中进程之间如何通信首要解决的问题是如何唯一标识一个进程否则通信无从谈起在本地可以通过进程PID来唯一标识一个进程但是在网络中这是行不通的。其实TCP/IP协议族已经帮我们解决了这个问题网络层的“ip地址”可以唯一标识网络中的主机而传输层的“协议端口”可以唯一标识主机中的应用程序进程。这样利用三元组ip地址协议端口就可以标识网络的进程了网络中的进程通信就可以利用这个标志与其它进程进行交互。
使用TCP/IP协议的应用程序通常采用应用编程接口UNIX BSD的套接字socket和UNIX System V的TLI已经被淘汰来实现网络进程之间的通信。就目前而言几乎所有的应用程序都是采用socket而现在又是网络时代网络中进程通信是无处不在这就是我为什么说“一切皆socket”。 2、什么是Socket
上面我们已经知道网络中的进程是通过socket来通信的那什么是socket呢socket起源于Unix而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”都可以用“打开open – 读写write/read – 关闭close”模式来操作。我的理解就是Socket就是该模式的一个实现socket即是一种特殊的文件一些socket函数就是对其进行的操作读/写IO、打开、关闭这些函数我们在后面进行介绍。
socket一词的起源在组网领域的首次使用是在1970年2月12日发布的文献IETF RFC33中发现的撰写者为Stephen Carr、Steve Crocker和Vint Cerf。根据美国计算机历史博物馆的记载Croker写道“命名空间的元素都可称为套接字接口。一个套接字接口构成一个连接的一端而一个连接可完全由一对套接字接口规定。”计算机历史博物馆补充道“这比BSD的套接字接口定义早了大约12年。”
3、socket的基本操作
既然socket是“open—write/read—close”模式的一种实现那么socket就提供了这些操作对应的函数接口。下面以TCP为例介绍几个基本的socket接口函数。
3.1、socket()函数创建Socket
int socket(int domain, int type, int protocol);
socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字而socket()用于创建一个socket描述符socket descriptor它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样后续的操作都有用到它把它作为参数通过它来进行一些读写操作。正如可以给fopen的传入不同参数值以打开不同的文件。创建socket的时候也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符socket函数的三个参数分别为 domain即协议域又称为协议族family。常用的协议族有AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL或称AF_UNIXUnix域socket、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型在通信中必须采用对应的地址如AF_INET决定了要用ipv4地址32位的与端口号16位的的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。 type指定socket类型。常用的socket类型有SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等socket的类型有哪些。 protocol故名思意就是指定协议。常用的协议有IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议这个协议我将会单独开篇讨论。 注意并不是上面的type和protocol可以随意组合的如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时会自动选择type类型对应的默认协议。 当我们调用socket创建一个socket时返回的socket描述字它存在于协议族address familyAF_XXX空间中但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址就必须调用bind()函数否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。
3.2、bind()函数
正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数分别为
sockfd即socket描述字它是通过socket()函数创建了唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。addr一个const struct sockaddr 指针指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建- socket时的地址协议族的不同而不同如ipv4对应的是 struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; / address family: AF_INET / in_port_t sin_port; / port in network byte order / struct in_addr sin_addr; / internet address / }; / Internet address. / struct in_addr { uint32_t s_addr; / address in network byte order / }; ipv6对应的是 struct sockaddr_in6 { sa_family_t sin6_family; / AF_INET6 / in_port_t sin6_port; / port number / uint32_t sin6_flowinfo; / IPv6 flow information / struct in6_addr sin6_addr; / IPv6 address / uint32_t sin6_scope_id; / Scope ID (new in 2.4) / }; struct in6_addr { unsigned char s6_addr[16]; / IPv6 address */ };addrlen对应的是地址的长度。 通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址如ip地址端口号用于提供服务客户就可以通过它来接连服务器而客户端就不用指定有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()而客户端就不会调用而是在connect()时由系统随机生成一个。
3.3、网络字节序与主机字节序
主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式不同的CPU有不同的字节序类型这些字节序是指整数在内存中保存的顺序这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下
a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端高位字节排放在内存的高地址端。
b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端低位字节排放在内存的高地址端。
网络字节序4个字节的32 bit值以下面的次序传输首先是07bit其次815bit然后1623bit最后是24~31bit。这种传输次序称作大端字节序。由于TCP/IP首部中所有的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序因此它又称作网络字节序。字节序顾名思义字节的顺序就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序一个字节的数据没有顺序的问题了。所以在将一个地址绑定到socket的时候请先将主机字节序转换成为网络字节序而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案公司项目代码中由于存在这个问题导致了很多莫名其妙的问题所以请谨记对主机字节序不要做任何假定务必将其转化为网络字节序再赋给socket。
3.4、listen()、connect()函数
如果作为一个服务器在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket如果客户端这时调用connect()发出连接请求服务器端就会接收到这个请求。
int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的listen函数将socket变为被动类型的等待客户的连接请求。 connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字第二参数为服务器的socket地址第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
3.5、accept()函数
TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后就会调用accept()函数取接收请求这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了即类同于普通文件的读写I/O操作。
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
accept函数的第一个参数为服务器的socket描述字第二个参数为指向struct sockaddr *的指针用于返回客户端的协议地址第三个参数为协议地址的长度。如果accpet成功那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字代表与返回客户的TCP连接。
注意accept的第一个参数为服务器的socket描述字是服务器开始调用socket()函数生成的称为监听socket描述字而accept函数返回的是已连接的socket描述字。一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个已连接socket描述字当服务器完成了对某个客户的服务相应的已连接socket描述字就被关闭。
3.6、read()、write()等函数
万事具备只欠东风至此服务器与客户已经建立好连接了。可以调用网络I/O进行读写操作了即实现了网咯中不同进程之间的通信网络I/O操作有下面几组
read()/write()recv()/send()readv()/writev()recvmsg()/sendmsg()recvfrom()/sendto() 开发语言不同可能读写函数也就不同只要把自己想要发送的消息以字节流的方式写入Socket或者从Socket读出来即可实现网络的I/O操作。
#3.7、close()函数 在服务器与客户端建立连接之后会进行一些读写操作完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。 #include unistd.h int close(int fd); close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用也就是说不能再作为read或write的第一个参数。
注意close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1只有当引用计数为0的时候才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。
4、socket中TCP的三次握手建立连接详解
SYN表示建立连接
FIN表示关闭连接
ACK表示响应
PSH表示有 DATA数据传输
RST表示连接重置。
我们知道tcp建立连接要进行“三次握手”即交换三个分组。大致流程如下
客户端向服务器发送一个SYN J 服务器向客户端响应一个SYN K并对SYN J进行确认ACK J1 客户端再想服务器发一个确认ACK K1 只有就完了三次握手但是这个三次握手发生在socket的那几个函数中呢请看下图
socket中发送的TCP三次握手
从图中可以看出当客户端调用connect时触发了连接请求向服务器发送了SYN J包这时connect进入阻塞状态服务器监听到连接请求即收到SYN J包调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ACK J1这时accept进入阻塞状态客户端收到服务器的SYN K ACK J1之后这时connect返回并对SYN K进行确认服务器收到ACK K1时accept返回至此三次握手完毕连接建立。
5、socket中TCP的四次握手释放连接详解
上面介绍了socket中TCP的三次握手建立过程及其涉及的socket函数。现在我们介绍socket中的四次握手释放连接的过程请看下图 socket中发送的TCP四次握手
图示过程如下
某个应用进程首先调用close主动关闭连接这时TCP发送一个FIN M另一端接收到FIN M之后执行被动关闭对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据一段时间之后接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。 这样每个方向上都有一个FIN和ACK。
