最近没事干研究了一下socket编程,自己写了一个简单的tcp server和tcp client,发现对tcp协议有了很多新的理解。
废话不说,先上代码:
tcp_client.c:
1
#include
<stdio.h>
2
#include
<stdlib.h>
3
#include
<sys/socket.h>
/*
socket, connect, etc.
*/
4
#include
<arpa/inet.h>
/*
inet_aton, sockaddr_in, etc
*/
5
#include
<string.h>
/*
memset
*/
6
7
#define BUFFSIZE
1024
8
typedef
struct
sockaddr SA;
9
10
int
main(int
argc, char
** argv)
11
{
12
int
clientfd, port = 1234
;
13
struct
sockaddr_in server_sockaddr;
14
char
buf[BUFFSIZE];
15
const
char
* server_ip = "10.0.2.15"
;
16
int
received = 0
;
17
int
errcode = 0
;
18
/*
create stream socket
*/
19
if
((clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)) < 0
) {
20
printf("failed to create socket
/n
"
);
21
exit(-1);
22
}
23
24
/*
zeroize and set server socket address
*/
25
memset(&server_sockaddr, 0
, sizeof
(struct
sockaddr_in));
26
server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
27
server_sockaddr.sin_port = htons(port);
28
inet_aton(server_ip, &server_sockaddr.sin_addr);
29
30
/*
connect client to server
*/
31
/*
connect: sends SYN, when server returns SYN,ACK, it sends ACK and returns
*/
32
if
((errcode = connect(clientfd, (SA*)&server_sockaddr, sizeof
(server_sockaddr))) == 0
) {
33
printf("connected.
/n
"
);
34
}
35
else
{
36
fprintf(stderr
, "error! connection refused.
/n
"
);
37
exit(-1);
38
}
39
40
/*
send message
*/
41
while
((fgets(buf, BUFFSIZE, stdin
)) != NULL
) {
42
/*
wirte: PSH(push), ACK and send data
*/
43
write(clientfd, buf, strlen(buf)-1); /*
do not send the trailing '/n'
*/
44
//printf(
"haha"
);
45
}
46
/*
close: FIN, ACK
*/
47
close(clientfd);
48
49
return
0
;
50
}
tcp_server.c:
1
#include
<stdio.h>
2
#include
<stdlib.h>
/*
exit
*/
3
#include
<sys/socket.h>
/*
socket, connect, etc.
*/
4
#include
<arpa/inet.h>
/*
inet_aton, sockaddr_in, etc
*/
5
#include
<string.h>
/*
memset
*/
6
7
typedef
struct
sockaddr SA;
8
#define LISTENQ
1024
9
#define BUFFSIZE
1024
10
11
int
main(int
argc, char
** argv)
12
{
13
int
listenfd, commfd, port = 1234
, clientlen, optval=1
;
14
char
msg[BUFFSIZE];
15
struct
sockaddr_in server_sockaddr, client_sockaddr;
16
17
clientlen = sizeof
(client_sockaddr);
18
/*
create stream socket
*/
19
if
((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)) < 0
) {
20
fprintf(stderr
, "error! cannot create socket.
/n
"
);
21
exit(-1);
22
}
23
24
/*
zeroize and fill server sockaddr
*/
25
memset(&server_sockaddr, 0
, sizeof
(server_sockaddr));
26
server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
27
server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
28
server_sockaddr.sin_port = htons(port);
29
30
/*
configure the server so that it can be restarted immediately
*/
31
setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const
void
*)&optval, sizeof
(int
));
32
33
/*
bind socket to inaddr
*/
34
bind(listenfd, (SA *)&server_sockaddr, sizeof
(server_sockaddr));
35
36
/*
listen on listenfd
*/
37
listen(listenfd, LISTENQ);
38
39
40
while
(1
) {
41
/*
accept incoming requests
*/
42
/*
accpet: SYN, ACK
*/
43
commfd = accept(listenfd, (SA* )&client_sockaddr, &clientlen);
44
/*
read: ACK
*/
45
while
(read(commfd, msg, BUFFSIZE) > 0
) {
46
printf("received:
/"
%s
/"/n
"
, msg);
47
fflush(stdout
);
48
}
49
printf("EOF encountered
/n
"
);
50
/*
close: FIN ACK
*/
51
close(commfd);
52
}
53
54
55
return
0
;
56
}
讨论:
tcp client/server 的一般编写步骤:
tcp client的套路:socket -> connect -> send/receive data -> close
tcp server的套路:socket -> bind -> listen -> accept -> send/receive data -> close
在编写tcp client时,首先使用socket函数创建一个新的socketfd(socket file descriptor)。socket函数的第一个参数永远是AF_INET(Address Family Internet),表示为一个internet socket;第二个参数为该socket的类型(这里为SOCK_STREAM,即流类型(类似于TCP型);第三个参数为协议类型(在ip包中的 8bit protocol type),这个在/usr/include/linux/in.h中有定义,IPPROTO_IP的值为0,其实就是TCP. 另外还有IPPROTO_TCP, IPPROTO_UDP等等。
打开socketfd后,我们将服务器的ip address,port(合称socket address)填入一个sockaddr_in结构体中,并调用connect函数。
connect函数是我们这里的重头戏。如果使用wireshark来抓包可以发现,当client程序运行到connect时,会发出一个 (SYN),而server会返回一个(SYN ACK)表示已收到(SYN),最后connect函数会发出一个(ACK)表示已收到(ACK)并返回0。这就是通常说的tcp中的三次握手 (three-way handshake).接下来我们就可以对socketfd进行读写操作了(也就是对服务器发/收数据)。
这里另外提一下,如果server根本不通(ping不到),则在抓包的时候一段时间后会看到ICMP包,内容为错误(destination unreachable),connnect返回-1. 如果server可以连通,但是没有开放相应的端口(这里为1234),则(SYN)还是会发出,而server会返回一个(ACK RST),表示拒绝连接,connect仍然返回-1。由此可以知道,只有在物理上能够连接的基础上,才会发出(SYN)的请求.
当connect返回0时(同时server的accept函数返回0),我们可以说连接已经建立了。这时候就可以收发数据了。我们在这两个例子里 面用的是裸unix系统调用(read和write)来对socketfd进行操作。当写操作完成时,我们可以使用close()来关闭连接,这时 client发出(FIN ACK),server在接收到之后会发出(ACK)来关闭连接。(这种情况为client发出的关闭连接).
我们再来看server端:首先还是调用socket函数来创建socket, 然后将server的ip,port填入一个sockaddr_in结构。接下来使用bind()将sockaddr与socket进行绑定(对比 client程序中为connect),接着使用listen使该socket变为listen模式(默认socket为主动连接模式)。这时使用 accept()函数。accept函数的功能就是一直等待某个端口的连接,当收到(SYN)请求时回复(SYN ACK)并等待,然后当收到(ACK)时返回。与前面client的讨论联系起来我们就能够完整了解连接的建立过程。
当连接建立以后,后面的操作就和client相似了:调用read/write进行数据的发送/接收,调用close()进行连接的断开。这种情况下为服务器主动断开连接,发送FIN ACK,而client接受以后回复ACK关闭连接.