Unix/Linux网络编程(1)——简单的TCP客户服务器模型

网络编程是通过网络协议实现两个进程之间的通信。在学习网络编程前建议先学习TCP/IP协议，推荐《图解TCP/IP》和《TCP/IP详解 卷一》这两本书。

网络编程主要是采用客户服务器模型，简称为CS模型。实现网络编程通过套接字API来实现，客户端和服务端都有一个固定的模式。这篇博客先固定框架中使用到的套接字API然后给出一个简单的回射服务器模型。

TCP的Client/Server模式

在TCP/IP协议中已经讲解了TCP协议中三次握手和四次握手过程，以及发送消息和接受消息。那么在linux系统中，内核中已经将这些协议实现，现在我们一起看看linux下套接字编程的API。

TCP服务器端

1. 创建套接字

 #include <sys/socket.h>
 int socket(int family,int type,int protocol); 　　　
  　　 　返回：非负描述字－－－成功　　　-1－－－失败

第一个参数指明了协议簇，目前支持5种协议簇，最常用的有AF_INET(IPv4协议)和AF_INET6(IPv6协议)；第二个参数指明套接口类型，有三种类型可选：SOCK_STREAM(字节流套接口)、SOCK_DGRAM(数据报套接口)和SOCK_RAW(原始套接口)；如果套接口类型不是原始套接口，那么第三个参数就为0。

2.绑定套接字
把一个套接字地址（本机IP和端口号）绑定到创建的套接字上。绑定套接字时可以选择指定IP地址和端口，也可以不指定。通配的IP地址用INADDR_ANY表示，通配的端口用0表示，通配的情况下由内核为其指定相应的IP地址和端口号。
对于客户端可以绑定套接字，但是一般不需要，因为客户端的端口号只是临时的，由内核来分配更合理。但是对服务器而言，一般要使用知名端口号，如果不进行绑定，客户端不知道目的端口号，连接不能完成。

通配地址实现：htonl(INADDR_ANY)
通配地址，内核将等到套接字已连接TCP或已经发出数据报(UDP)时才指定。

#include <sys/socket.h> 　
int bind(int sockfd, const struct sockaddr * server, socklen_t addrlen);
 返回：0－－－成功　　　-1－－－失败　

3.监听
socket创建的套接字是主动套接字，调用listen后变成监听套接字。TCP状态有CLOSE跃迁到LISTEN状态。
backlog是已完成队列和未完成队列大小之和，对于监听套接字有两个队列，一个是未完成队列，一个是已完成队列。

• 未完成队列：客户端发送一个SYN包，服务器收到后变成SYN_RCVD状态，这样的套接字被加入到未完成队列中。
• 已完成队列：TCP已经完成了3次握手后，将这个套接字加入到已完成队列，套接字处于ESTABLISHED状态。
  

下图中可以看出，TCP的三次握手是在调用connect函数时完成的，服务器端没有调用函数，但是必须有套接字在某个端口监听，不然会返回客户端RST，终止连接。

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