00. 目錄

文章目錄

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

01. TCP服務(wù)端和客戶端流程

02. connect函數(shù)

對(duì)于客戶端的 connect() 函數(shù)，該函數(shù)的功能為客戶端主動(dòng)連接服務(wù)器，建立連接是通過三次握手，而這個(gè)連接的過程是由內(nèi)核完成，不是這個(gè)函數(shù)完成的，這個(gè)函數(shù)的作用僅僅是通知 Linux 內(nèi)核，讓 Linux 內(nèi)核自動(dòng)完成 TCP 三次握手連接，最后把連接的結(jié)果返回給這個(gè)函數(shù)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(shù)默認(rèn)會(huì)一直阻塞，直到三次握手成功或超時(shí)失敗才返回（正常的情況，這個(gè)過程很快完成）。

03. listen函數(shù)

對(duì)于服務(wù)器，它是被動(dòng)連接的。舉一個(gè)生活中的例子，通常的情況下，移動(dòng)的客服（相當(dāng)于服務(wù)器）是等待著客戶（相當(dāng)于客戶端）電話的到來。而這個(gè)過程，需要調(diào)用listen()函數(shù)。

listen() 函數(shù)的主要作用就是將套接字( sockfd )變成被動(dòng)的連接監(jiān)聽套接字（被動(dòng)等待客戶端的連接），至于參數(shù) backlog 的作用是設(shè)置內(nèi)核中連接隊(duì)列的長(zhǎng)度，TCP 三次握手也不是由這個(gè)函數(shù)完成，listen()的作用僅僅告訴內(nèi)核一些信息。

這里需要注意的是，listen()函數(shù)不會(huì)阻塞，它主要做的事情為，將該套接字和套接字對(duì)應(yīng)的連接隊(duì)列長(zhǎng)度告訴 Linux 內(nèi)核，然后，listen()函數(shù)就結(jié)束。

這樣的話，當(dāng)有一個(gè)客戶端主動(dòng)連接（connect()），Linux 內(nèi)核就自動(dòng)完成TCP 三次握手，將建立好的鏈接自動(dòng)存儲(chǔ)到隊(duì)列中，如此重復(fù)。

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

下面為測(cè)試的服務(wù)器和客戶端代碼，運(yùn)行程序時(shí)，要先運(yùn)行服務(wù)器，再運(yùn)行客戶端：

服務(wù)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(chuàng)建通信端點(diǎn)：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(shí)10ssystem("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態(tài)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(wù)器的端口號(hào)char *server_ip = "10.221.20.12"; // 服務(wù)器ip地址int sockfd;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創(chuàng)建通信端點(diǎn)：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(wù)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(dòng)連接服務(wù)器if(err_log != 0){perror("connect");close(sockfd);exit(-1);}system("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態(tài)while(1);return 0; }

運(yùn)行程序時(shí)，要先運(yùn)行服務(wù)器，再運(yùn)行客戶端，運(yùn)行結(jié)果如下：

04. 三次握手

這里詳細(xì)的介紹一下 listen() 函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)（ backlog）的作用：告訴內(nèi)核連接隊(duì)列的長(zhǎng)度。

為了更好的理解 backlog 參數(shù)，我們必須認(rèn)識(shí)到內(nèi)核為任何一個(gè)給定的監(jiān)聽套接字維護(hù)兩個(gè)隊(duì)列：

1、未完成連接隊(duì)列（incomplete connection queue），每個(gè)這樣的 SYN 分節(jié)對(duì)應(yīng)其中一項(xiàng)：已由某個(gè)客戶發(fā)出并到達(dá)服務(wù)器，而服務(wù)器正在等待完成相應(yīng)的 TCP 三次握手過程。這些套接字處于 SYN_RCVD 狀態(tài)。

2、已完成連接隊(duì)列（completed connection queue），每個(gè)已完成 TCP 三次握手過程的客戶對(duì)應(yīng)其中一項(xiàng)。這些套接口處于 ESTABLISHED 狀態(tài)。

當(dāng)來自客戶的 SYN 到達(dá)時(shí)，TCP 在未完成連接隊(duì)列中創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)，然后響應(yīng)以三次握手的第二個(gè)分節(jié)：服務(wù)器的 SYN 響應(yīng)，其中稍帶對(duì)客戶 SYN 的 ACK（即SYN+ACK），這一項(xiàng)一直保留在未完成連接隊(duì)列中，直到三次握手的第三個(gè)分節(jié)（客戶對(duì)服務(wù)器 SYN 的 ACK ）到達(dá)或者該項(xiàng)超時(shí)為止（曾經(jīng)源自Berkeley的實(shí)現(xiàn)為這些未完成連接的項(xiàng)設(shè)置的超時(shí)值為75秒）。

如果三次握手正常完成，該項(xiàng)就從未完成連接隊(duì)列移到已完成連接隊(duì)列的隊(duì)尾。

backlog 參數(shù)歷史上被定義為上面兩個(gè)隊(duì)列的大小之和，大多數(shù)實(shí)現(xiàn)默認(rèn)值為 5，當(dāng)服務(wù)器把這個(gè)完成連接隊(duì)列的某個(gè)連接取走后，這個(gè)隊(duì)列的位置又空出一個(gè)，這樣來回實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，但在高并發(fā) web 服務(wù)器中此值顯然不夠。

05. accept函數(shù)

accept()函數(shù)功能是從處于 established 狀態(tài)的連接隊(duì)列頭部取出一個(gè)已經(jīng)完成的連接，如果這個(gè)隊(duì)列沒有已經(jīng)完成的連接，accept()函數(shù)就會(huì)阻塞，直到取出隊(duì)列中已完成的用戶連接為止。

如果，服務(wù)器不能及時(shí)調(diào)用 accept() 取走隊(duì)列中已完成的連接，隊(duì)列滿掉后會(huì)怎樣呢？UNP（《unix網(wǎng)絡(luò)編程》）告訴我們，服務(wù)器的連接隊(duì)列滿掉后，服務(wù)器不會(huì)對(duì)再對(duì)建立新連接的syn進(jìn)行應(yīng)答，所以客戶端的 connect 就會(huì)返回 ETIMEDOUT。但實(shí)際上Linux的并不是這樣的！

下面為測(cè)試代碼，服務(wù)器 listen() 函數(shù)只指定隊(duì)列長(zhǎng)度為 2，客戶端有 6 個(gè)不同的套接字主動(dòng)連接服務(wù)器，同時(shí)，保證客戶端的 6 個(gè) connect()函數(shù)都先調(diào)用完畢，服務(wù)器的 accpet() 才開始調(diào)用。

服務(wù)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(duì)列為2if(err_log != 0){perror("listen");close(sockfd); exit(-1);} printf("after listen\n");sleep(20); //延時(shí) 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(guān)閉已連接套接字//printf("client closed!\n");}close(sockfd); //關(guān)閉監(jiān)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(wù)器的端口號(hào)char *server_ip = "10.221.20.12"; // 服務(wù)器ip地址int sockfd;sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創(chuàng)建通信端點(diǎn)：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(wù)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(dòng)連接服務(wù)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(wù)器發(fā)送信息system("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態(tài)//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(yùn)行服務(wù)器，在運(yùn)行客戶端，服務(wù)器 accept()函數(shù)前延時(shí)了 20 秒， 保證了客戶端的 connect() 全部調(diào)用完畢后再調(diào)用 accept(),運(yùn)行結(jié)果如下：

客戶端運(yùn)行結(jié)果

按照 UNP 的說法，連接隊(duì)列滿后（這里設(shè)置長(zhǎng)度為 2，發(fā)了 6 個(gè)連接），以后再調(diào)用 connect() 應(yīng)該統(tǒng)統(tǒng)超時(shí)失敗，但實(shí)際上測(cè)試結(jié)果是：有的 connect()立刻成功返回了，有的經(jīng)過明顯延遲后成功返回了。對(duì)于服務(wù)器 accpet() 函數(shù)也是這樣的結(jié)果：有的立馬成功返回，有的延遲后成功返回。

對(duì)于上面服務(wù)器的代碼，我們把lisen()的第二個(gè)參數(shù)改為 0 的數(shù)，重新運(yùn)行程序，發(fā)現(xiàn)客戶端 connect() 全部返回連接成功（有些會(huì)延時(shí)）

服務(wù)器 accpet() 函數(shù)卻不能把連接隊(duì)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(duì)于上面服務(wù)器的代碼，我們把lisen()的第二個(gè)參數(shù)改為大于 6 的數(shù)(如 10)，重新運(yùn)行程序，發(fā)現(xiàn)，客戶端 connect() 立馬返回連接成功， 服務(wù)器 accpet() 函數(shù)也立馬返回成功。

TCP 的連接隊(duì)列滿后，Linux 不會(huì)如書中所說的拒絕連接，只是有些會(huì)延時(shí)連接，而且accept()未必能把已經(jīng)建立好的連接全部取出來（如：當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度指定為 0 ），寫程序時(shí)服務(wù)器的 listen() 的第二個(gè)參數(shù)最好還是根據(jù)需要填寫，寫太大不好（具體可以看cat /proc/sys/net/core/somaxconn，默認(rèn)最大值限制是 128），浪費(fèi)資源，寫太小也不好，延時(shí)建立連接。

06. 附錄

5.1【Linux】一步一步學(xué)Linux網(wǎng)絡(luò)編程教程匯總

總結(jié)

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?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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