00. 目錄

文章目錄

• • 00. 目錄
  • 01. TCP服務端和客戶端流程
  • 02. connect函數
  • 03. listen函數
  • 04. 三次握手
  • 05. accept函數
  • 06. 附錄

01. TCP服務端和客戶端流程

02. connect函數

對于客戶端的 connect() 函數，該函數的功能為客戶端主動連接服務器，建立連接是通過三次握手，而這個連接的過程是由內核完成，不是這個函數完成的，這個函數的作用僅僅是通知 Linux 內核，讓 Linux 內核自動完成 TCP 三次握手連接，最后把連接的結果返回給這個函數的返回值（成功連接為0， 失敗為-1）。

通常的情況，客戶端的 connect() 函數默認會一直阻塞，直到三次握手成功或超時失敗才返回（正常的情況，這個過程很快完成）。

03. listen函數

對于服務器，它是被動連接的。舉一個生活中的例子，通常的情況下，移動的客服（相當于服務器）是等待著客戶（相當于客戶端）電話的到來。而這個過程，需要調用listen()函數。

listen() 函數的主要作用就是將套接字( sockfd )變成被動的連接監聽套接字（被動等待客戶端的連接），至于參數 backlog 的作用是設置內核中連接隊列的長度，TCP 三次握手也不是由這個函數完成，listen()的作用僅僅告訴內核一些信息。

這里需要注意的是，listen()函數不會阻塞，它主要做的事情為，將該套接字和套接字對應的連接隊列長度告訴 Linux 內核，然后，listen()函數就結束。

這樣的話，當有一個客戶端主動連接（connect()），Linux 內核就自動完成TCP 三次握手，將建立好的鏈接自動存儲到隊列中，如此重復。

所以，只要 TCP 服務器調用了 listen()，客戶端就可以通過 connect() 和服務器建立連接，而這個連接的過程是由內核完成。

下面為測試的服務器和客戶端代碼，運行程序時，要先運行服務器，再運行客戶端：

服務器：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> int main(int argc, char *argv[]) {unsigned short port = 8000; int sockfd;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創建通信端點：套接字if(sockfd < 0){perror("socket");exit(-1);}struct sockaddr_in my_addr;bzero(&my_addr, sizeof(my_addr)); my_addr.sin_family = AF_INET;my_addr.sin_port = htons(port);my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));if( err_log != 0){perror("binding");close(sockfd); exit(-1);}err_log = listen(sockfd, 10);if(err_log != 0){perror("listen");close(sockfd); exit(-1);} printf("listen client @port=%d...\n",port);sleep(10); // 延時10ssystem("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態return 0; }

客戶端:

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> int main(int argc, char *argv[]) {unsigned short port = 8000; // 服務器的端口號char *server_ip = "10.221.20.12"; // 服務器ip地址int sockfd;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創建通信端點：套接字if(sockfd < 0){perror("socket");exit(-1);}struct sockaddr_in server_addr;bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服務器地址server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(port);inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 主動連接服務器if(err_log != 0){perror("connect");close(sockfd);exit(-1);}system("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態while(1);return 0; }

運行程序時，要先運行服務器，再運行客戶端，運行結果如下：

04. 三次握手

這里詳細的介紹一下 listen() 函數的第二個參數（ backlog）的作用：告訴內核連接隊列的長度。

為了更好的理解 backlog 參數，我們必須認識到內核為任何一個給定的監聽套接字維護兩個隊列：

1、未完成連接隊列（incomplete connection queue），每個這樣的 SYN 分節對應其中一項：已由某個客戶發出并到達服務器，而服務器正在等待完成相應的 TCP 三次握手過程。這些套接字處于 SYN_RCVD 狀態。

2、已完成連接隊列（completed connection queue），每個已完成 TCP 三次握手過程的客戶對應其中一項。這些套接口處于 ESTABLISHED 狀態。

當來自客戶的 SYN 到達時，TCP 在未完成連接隊列中創建一個新項，然后響應以三次握手的第二個分節：服務器的 SYN 響應，其中稍帶對客戶 SYN 的 ACK（即SYN+ACK），這一項一直保留在未完成連接隊列中，直到三次握手的第三個分節（客戶對服務器 SYN 的 ACK ）到達或者該項超時為止（曾經源自Berkeley的實現為這些未完成連接的項設置的超時值為75秒）。

如果三次握手正常完成，該項就從未完成連接隊列移到已完成連接隊列的隊尾。

backlog 參數歷史上被定義為上面兩個隊列的大小之和，大多數實現默認值為 5，當服務器把這個完成連接隊列的某個連接取走后，這個隊列的位置又空出一個，這樣來回實現動態平衡，但在高并發 web 服務器中此值顯然不夠。

05. accept函數

accept()函數功能是從處于 established 狀態的連接隊列頭部取出一個已經完成的連接，如果這個隊列沒有已經完成的連接，accept()函數就會阻塞，直到取出隊列中已完成的用戶連接為止。

如果，服務器不能及時調用 accept() 取走隊列中已完成的連接，隊列滿掉后會怎樣呢？UNP（《unix網絡編程》）告訴我們，服務器的連接隊列滿掉后，服務器不會對再對建立新連接的syn進行應答，所以客戶端的 connect 就會返回 ETIMEDOUT。但實際上Linux的并不是這樣的！

下面為測試代碼，服務器 listen() 函數只指定隊列長度為 2，客戶端有 6 個不同的套接字主動連接服務器，同時，保證客戶端的 6 個 connect()函數都先調用完畢，服務器的 accpet() 才開始調用。

服務器

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> int main(int argc, char *argv[]) {unsigned short port = 8000; int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(sockfd < 0){perror("socket");exit(-1);}struct sockaddr_in my_addr;bzero(&my_addr, sizeof(my_addr)); my_addr.sin_family = AF_INET;my_addr.sin_port = htons(port);my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));if( err_log != 0){perror("binding");close(sockfd); exit(-1);}err_log = listen(sockfd, 2); // 等待隊列為2if(err_log != 0){perror("listen");close(sockfd); exit(-1);} printf("after listen\n");sleep(20); //延時 20秒printf("listen client @port=%d...\n",port);int i = 0;while(1){ struct sockaddr_in client_addr; char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = ""; socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr); int connfd;connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len); if(connfd < 0){perror("accept");continue;}inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);printf("-----------%d------\n", ++i);printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(client_addr.sin_port));char recv_buf[512] = {0};while( recv(connfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0) > 0 ){printf("recv data ==%s\n",recv_buf);break;}close(connfd); //關閉已連接套接字//printf("client closed!\n");}close(sockfd); //關閉監聽套接字return 0; }

客戶端

#include <stdio.h> #include <unistd.h> #include <string.h> #include <stdlib.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h>void test_connect() {unsigned short port = 8000; // 服務器的端口號char *server_ip = "10.221.20.12"; // 服務器ip地址int sockfd;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創建通信端點：套接字if(sockfd < 0){perror("socket");exit(-1);}struct sockaddr_in server_addr;bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服務器地址server_addr.sin_family = AF_INET;server_addr.sin_port = htons(port);inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 主動連接服務器if(err_log != 0){perror("connect");close(sockfd);exit(-1);}printf("err_log ========= %d\n", err_log);char send_buf[100]="this is for test";send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0); // 向服務器發送信息system("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態//close(sockfd); }int main(int argc, char *argv[]) {pid_t pid;pid = fork();if(0 == pid){test_connect(); // 1pid_t pid = fork();if(0 == pid){test_connect(); // 2}else if(pid > 0){test_connect(); // 3}}else if(pid > 0){test_connect(); // 4pid_t pid = fork();if(0 == pid){test_connect(); // 5}else if(pid > 0){test_connect(); // 6}}while(1);return 0; }

同樣是先運行服務器，在運行客戶端，服務器 accept()函數前延時了 20 秒， 保證了客戶端的 connect() 全部調用完畢后再調用 accept(),運行結果如下：

客戶端運行結果

按照 UNP 的說法，連接隊列滿后（這里設置長度為 2，發了 6 個連接），以后再調用 connect() 應該統統超時失敗，但實際上測試結果是：有的 connect()立刻成功返回了，有的經過明顯延遲后成功返回了。對于服務器 accpet() 函數也是這樣的結果：有的立馬成功返回，有的延遲后成功返回。

對于上面服務器的代碼，我們把lisen()的第二個參數改為 0 的數，重新運行程序，發現客戶端 connect() 全部返回連接成功（有些會延時）

服務器 accpet() 函數卻不能把連接隊列的所有連接都取出來：
圖片保存下來直接上傳(img-i12tqYDQ-1595920060035)(assets/image-

對于上面服務器的代碼，我們把lisen()的第二個參數改為大于 6 的數(如 10)，重新運行程序，發現，客戶端 connect() 立馬返回連接成功， 服務器 accpet() 函數也立馬返回成功。

TCP 的連接隊列滿后，Linux 不會如書中所說的拒絕連接，只是有些會延時連接，而且accept()未必能把已經建立好的連接全部取出來（如：當隊列的長度指定為 0 ），寫程序時服務器的 listen() 的第二個參數最好還是根據需要填寫，寫太大不好（具體可以看cat /proc/sys/net/core/somaxconn，默認最大值限制是 128），浪費資源，寫太小也不好，延時建立連接。

06. 附錄

5.1【Linux】一步一步學Linux網絡編程教程匯總

總結

以上是生活随笔為你收集整理的【Linux网络编程】TCP网络编程中connect listen和accept三者之间的关系的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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