关于TCP编程，你是否为此迷惑过

最新推荐文章于 2024-03-17 13:12:45 发布

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分类专栏： network 文章标签： tcp 编程 socket struct api stream

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本文深入探讨了TCP服务端与客户端编程中的端口分配机制，特别关注于服务端accept函数返回的connection-socket调用getsockname时端口的来源与特性。通过对示例代码的分析，揭示了这一看似违反直觉的现象背后的原理。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

TCP的服务端编程，一般API的调用顺序是socket, bind, listen, accept, send, recv等。TCP的客户端编程，一般API的调用顺序是socket, connect, send, recv。

在服务端，accept函数的其中一个入参是listen-socket，会返回一个新的connection-socket。通过connection-socket，调用getpeername，可以得到客户端的IP和端口。通过connection-socket，调用getsockname，可以得到本地的IP和端口。accept函数的其中一个出参，也可以返回客户端的IP和端口。

通常如果客户端创建socket后，调用connect前，没有调用bind来绑定本地的IP和端口，那么connect建立的连接的本端IP是API自动通过目的IP选择的，而本端端口是随机的。这没有问题。通过accept函数返回的connection-socket，调用getsockname返回的IP是服务器端listen的IP。这也没问题。问题是，通过accept函数返回的connection-socket，调用getsockname返回的端口是什么呢？

按我直观的、Intuitive的理解，这个端口应该是个随机的端口，因为connection-socket是新建的socket，是和listen-socket不同的socket。但事实令我不解，这个端口竟然和listen-socket绑定的端口是相同的，不知你是否也跟我一样想法过。上代码。

/* Sample TCP server */

/* www.cs.ucsb.edu/~almeroth/classes/W01.176B/hw2/examples/tcp-server.c */

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>


int main(int argc, char**argv)

{

   int listenfd,connfd,n;

   struct sockaddr_in servaddr,cliaddr,localaddr;

   socklen_t clilen;

   socklen_t locallen;

   pid_t     childpid;

   char mesg[1000];



   listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);



   bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));

   servaddr.sin_family = AF_INET;

   servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);

   servaddr.sin_port=htons(32000);

   bind(listenfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));



   listen(listenfd,1024);



   for(;;)

   {

      clilen=sizeof(cliaddr);

      connfd = accept(listenfd,(struct sockaddr *)&cliaddr,&clilen);

      locallen=sizeof(localaddr);

      getsockname(connfd,(struct sockaddr*)&localaddr,&locallen);

      printf("local addr=%X\n",htonl(*((unsigned int*)&localaddr.sin_addr)));

      printf("local port=%d\n",htons(localaddr.sin_port));

      if ((childpid = fork()) == 0)

      {

         close (listenfd);



         for(;;)

         {

            n = recvfrom(connfd,mesg,1000,0,(struct sockaddr *)&cliaddr,&clilen);

            sendto(connfd,mesg,n,0,(struct sockaddr *)&cliaddr,sizeof(cliaddr));

            printf("-------------------------------------------------------\n");

            mesg[n] = 0;

            printf("Received the following:\n");

            printf("%s",mesg);

            printf("-------------------------------------------------------\n");

         }

         

      }

      close(connfd);

   }

}

/* Sample TCP client */

/* www.cs.ucsb.edu/~almeroth/classes/W01.176B/hw2/examples/tcp-client.c */

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <strings.h>

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>



int main(int argc, char**argv)

{

   int sockfd,n;

   struct sockaddr_in servaddr,cliaddr;

   char sendline[1000];

   char recvline[1000];



   if (argc != 2)

   {

      printf("usage:  client <IP address>\n");

      exit(1);

   }



   sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);



   bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));

   servaddr.sin_family = AF_INET;

   servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);

   servaddr.sin_port=htons(32000);



   connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));



   while (fgets(sendline, 10000,stdin) != NULL)

   {

      sendto(sockfd,sendline,strlen(sendline),0,

             (struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr));

      n=recvfrom(sockfd,recvline,10000,0,NULL,NULL);

      recvline[n]=0;

      fputs(recvline,stdout);

   }

}

这两个tcp-server和tcp-client程序是我从www.cs.ucsb.edu借鉴过来的，我只加了getsockname相关部分。服务端程序执行结果：

$ ./tcpserver 
local addr=7F000001
local port=32000
-------------------------------------------------------
Received the following:
abcdef
-------------------------------------------------------
-------------------------------------------------------
Received the following:
ghijkl
-------------------------------------------------------
^C

客户端程序执行结果：

$ ./tcpclient 127.0.0.1
abcdef
abcdef
ghijkl
ghijkl
^C

看到了吧，accept函数返回的connection-socket，调用getsockname返回的端口竟然和listen-socket的端口是相同的，都是32000。这是为什么呢？为什么这样counter-intuitive呢？

问了Google，问了对TCP有研究的高人，他又问了高人，才明白。原来我们看socket，不能光看到通过socke API或accept API创建的socket，心中要有图画，这个socket是和远方连接的。每个socket由四元组组成，本地IP，本地端口，远方IP，远方端口。虽然accept函数返回的connection-socket调用getsockname返回的IP和端口同listen-socket绑定的IP和端口是相同的，但因为他们的远方连接的不同，所以他们是不同的socket。不要迷惑。