【后台开发】【TCP协议】TCP网络编程API（套接字socket接口函数）

网络中进程的唯一标识

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。

什么是socket

socket即套接字，用于描述IP地址和端口 ，是进行网络通信的API接口，通过套接字可以向网络发出请求或应答网络请求。

TCP的socket交互流程

1. 服务器根据地址类型（ipv4、ipv6）、socket类型、协议创建socket。
2. 服务器为socket绑定IP地址和端口号。
3. 服务器socket监听端口号请求，随时准备接收客户端发来的连接，这时服务器的socket并没有被打开。
4. 客户端创建socket。
5. 客户端打开socket，根据服务器IP地址和端口号试图连接服务器socket。
6. 服务器socket接收到客户端socket请求，被动打开，开始接收客户端请求，直到客户端返回连接信息。这时候socket进入阻塞状态，所谓阻塞即accept()方法一直到客户端返回连接信息才返回，开始接收下一个客户端连接请求。
7. 客户端连接成功，向服务器发送连接状态信息。
8. 服务器accept方法返回，连接成功。
9. 客户端向socket写入信息。
10. 服务端读取信息。
11. 客户端关闭。
12. 服务器端关闭。
    

服务器socket和客户端socket建立连接的部分其实就是三次握手过程：

socket接口函数

1. socket函数：

socket函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);

socket()创建成功就返回一个socket描述符，它唯一标识一个socket。但是这个返回的描述符存在于协议族空间中，并没有一个具体地址。如果想要给它赋予一个地址，就必须调用bind()函数，否则系统就在调用connect()、listen()时自动随机分配一个端口。

2. bind()函数：

bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。

原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

1. sockfd参数：即socket描述字，它是通过socket()函数创建来唯一标识一个sockett的，bind()函数就是将这个描述字绑定一个名字。
2. addr参数：要绑定给sockfd的协议地址。
3. addrlen参数：对应的是地址的长度。
4. 返回值：成功返回0，失败返回SOCKET_ERROR。

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连接服务器；而客户端就不用指定，由系统自动分配一个端口号和自身IP地址组合。这就是为什么通常服务端在调用listen之前会调用bind()，而客户端就不用调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

3. listen和connect函数：

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，服务端就会收到这个请求。

listen和connect的函数原型：
int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函数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。
connect函数第一个参数为客户端的socket描述字，第二个参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址长度。

客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

4. 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；TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就会向TCP服务器发送连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数接收请求，这样连接就建立好了，之后就可以进行网络I/O操作了。

accept函数原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
如果accept成功，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函数的第一参数为服务器的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。一个服务器通常只创建一个监听socket描述字，它在改服务器的声明周期内一直存在；内核为每个进程创建一个已连接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。

5. read和write函数：

至此服务器与客户端已经建立好连接了，可以调用网络I/O进行读写操作了。

read()函数原型：ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
read函数负责从fd中读取内容。当读取成功时，read()返回实际所读的字节数，返回0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出错。

write()函数原型：ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
write函数将buf中的内容写入fd。

6. close函数：

close函数需要包含头文件：#include<unistd.h>
函数原型：int close(int fd);

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时，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。