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wzjs 2025/9/6 16:48:19
两学一做网站条幅,做彩票网站要多少钱,服装设计有哪些网站,访问网站 过程《UNIX网络编程卷1：套接字联网API》第4章 基本TCP套接字编程 4.1 TCP套接字编程核心流程 TCP套接字编程遵循客户-服务器模型，其核心流程可分解为以下步骤（图4-1）： 服务器端： socket()：创建监…

《UNIX网络编程卷1：套接字联网API》第4章 基本TCP套接字编程

4.1 TCP套接字编程核心流程

TCP套接字编程遵循客户-服务器模型，其核心流程可分解为以下步骤（图4-1）：

服务器端：

  1. socket()：创建监听套接字
  2. bind()：绑定本地IP与端口
  3. listen()：开启监听模式
  4. accept()：接受客户端连接请求
  5. read()/write()：与客户端通信
  6. close()：关闭连接

客户端：

  1. socket()：创建通信套接字
  2. connect()：发起连接请求
  3. read()/write()：与服务器通信
  4. close()：关闭连接
服务端流程:
开始↓
socket() 创建监听套接字↓
bind() 绑定本地IP与端口↓
listen() 开启监听模式↓
accept() 接受客户端连接请求↓
read()/write() 与客户端通信↓
close() 关闭连接
结束客户端流程:
开始↓
socket() 创建通信套接字↓
connect() 发起连接请求↓
read()/write() 与服务器通信↓
close() 关闭连接
结束

在这里插入图片描述

4.2 套接字创建与协议选择
4.2.1 socket()函数详解
#include <sys/socket.h>
int socket(int family, int type, int protocol);

  • 参数解析：

    • family：协议族（如AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX）；
    • type：套接字类型（SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM）；
    • protocol：通常为0（自动选择默认协议）。

  • 返回值：

    • 成功：返回非负套接字描述符；
    • 失败：返回-1，设置errno（如EAFNOSUPPORT协议不支持）。

示例：创建IPv4 TCP套接字

int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (listenfd < 0)err_sys("socket error");
4.2.2 协议选择的工程实践
  • IPv4与IPv6兼容性设计：优先使用AF_UNSPEC配合getaddrinfo（详见第11章）；
  • TCP与SCTP对比：TCP适合文件传输，SCTP适合多流场景（如5G信令）。
4.3 绑定地址与端口：bind()函数
4.3.1 bind()函数原型
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

  • 关键参数：

    • addr：指向特定协议地址结构（如sockaddr_in）；
    • addrlen：地址结构长度。

  • 常见错误：

    • EADDRINUSE：端口被占用；
    • EACCES：绑定特权端口（<1024）权限不足。

示例：绑定IPv4地址到套接字

struct sockaddr_in servaddr;
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 通配地址
servaddr.sin_port = htons(9999); // 端口号
if (bind(listenfd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)err_sys("bind error");
4.3.2 通配地址与特定地址
  • INADDR_ANY：允许套接字监听所有本地接口；
  • 指定IP：仅监听特定接口（如inet_pton(AF_INET, "192.168.1.100", &servaddr.sin_addr)）。
4.4 监听与连接队列：listen()函数
4.4.1 listen()函数原型
int listen(int sockfd, int backlog);
  • backlog参数：
    定义内核维护的**未完成连接队列（SYN_RCVD状态）与已完成连接队列（ESTABLISHED状态）**的总长度上限。
    • 传统BSD实现：backlog为两个队列总和；
    • Linux 4.3+：通过/proc/sys/net/core/somaxconn动态调整。

最佳实践：

const int BACKLOG = 1024;
if (listen(listenfd, BACKLOG) < 0)err_sys("listen error");
4.4.2 连接队列溢出处理
  • 客户端收到ECONNREFUSED错误；
  • 服务器可通过netstat -s | grep overflow监控溢出次数。
4.5 接受连接：accept()函数
4.5.1 accept()函数原型
int accept(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
  • 参数特性：
    • cliaddr：返回客户端地址信息；
    • addrlen：值-结果参数（需初始化为缓冲区大小）。

示例：获取客户端IP与端口

struct sockaddr_in cliaddr;
socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);
int connfd = accept(listenfd, (SA *)&cliaddr, &clilen);
if (connfd < 0)err_sys("accept error");char client_ip[INET_ADDRSTRLEN];
printf("Client connected from %s:%d\n",inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, client_ip, sizeof(client_ip)),ntohs(cliaddr.sin_port));
4.5.2 非阻塞accept与EAGAIN
  • 若监听套接字设为非阻塞且无连接到达，返回EAGAIN错误；
  • 需结合I/O复用（如select或epoll）处理。
4.6 发起连接：connect()函数
4.6.1 connect()函数原型
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);
  • 连接过程：
    • 客户端发送SYN；
    • 等待服务器SYN+ACK；
    • 发送ACK完成三次握手（图4-2）。

示例：客户端连接服务器

struct sockaddr_in servaddr;
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_port = htons(9999);
inet_pton(AF_INET, "192.168.1.100", &servaddr.sin_addr);
if (connect(sockfd, (SA *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)err_sys("connect error");
4.6.2 超时与错误处理
  • ETIMEDOUT：未收到SYN+ACK（可能服务器宕机）；
  • ECONNREFUSED：目标端口无监听服务；
  • ENETUNREACH：路由不可达。
4.7 数据传输：read()与write()的局限性

TCP为字节流协议，需处理粘包与部分读写问题：

  • 粘包：多次write可能被合并为一个TCP段；
  • 部分读写：read可能返回小于请求长度的数据。

解决方案：

  • 定义应用层协议（如固定长度头+变长体）；
  • 使用readn/writen包裹函数（见第3章）。
4.8 连接终止：close()与shutdown()
4.8.1 close()函数
  • 减少套接字引用计数，计数为0时发送FIN；
  • 可能因SO_LINGER选项改变行为（详见第7章）。
4.8.2 shutdown()函数
int shutdown(int sockfd, int howto);
  • howto参数：
    • SHUT_RD：关闭读端；
    • SHUT_WR：关闭写端（发送FIN）；
    • SHUT_RDWR：全双工关闭。

优势：允许半关闭连接（如HTTP/1.1持久连接）。

4.9 并发服务器模型
4.9.1 多进程模型
pid_t pid;
int connfd;
for (;;) {connfd = accept(listenfd, NULL, NULL);if ((pid = fork()) == 0) {  // 子进程close(listenfd);       // 关闭监听套接字// 处理客户端请求exit(0);}close(connfd);             // 父进程关闭连接套接字
}
4.9.2 多线程模型
#include <pthread.h>
void *handle_client(void *arg) {int connfd = *((int *)arg);// 处理客户端请求close(connfd);return NULL;
}int main() {pthread_t tid;int connfd;for (;;) {connfd = accept(listenfd, NULL, NULL);pthread_create(&tid, NULL, handle_client, (void *)&connfd);}
}
4.9.3 I/O复用模型
// 使用select实现（详见第6章）
fd_set readset;
FD_ZERO(&readset);
FD_SET(listenfd, &readset);
select(listenfd + 1, &readset, NULL, NULL, NULL);
if (FD_ISSET(listenfd, &readset)) {connfd = accept(listenfd, NULL, NULL);// 处理连接
}
4.10 实战：完整Echo服务器与客户端
4.10.1 Echo服务器代码
#include "unp.h"void str_echo(int sockfd) {ssize_t n;char buf[MAXLINE];
again:while ((n = read(sockfd, buf, MAXLINE)) > 0)writen(sockfd, buf, n);if (n < 0 && errno == EINTR)goto again;else if (n < 0)err_sys("str_echo: read error");
}int main() {int listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 绑定与监听（代码同前）for (;;) {int connfd = accept(listenfd, NULL, NULL);if (fork() == 0) {close(listenfd);str_echo(connfd);exit(0);}close(connfd);}
}
4.10.2 Echo客户端代码
#include "unp.h"void str_cli(FILE *fp, int sockfd) {char sendline[MAXLINE], recvline[MAXLINE];while (fgets(sendline, MAXLINE, fp) != NULL) {writen(sockfd, sendline, strlen(sendline));if (readline(sockfd, recvline, MAXLINE) == 0)err_quit("str_cli: server terminated prematurely");fputs(recvline, stdout);}
}int main() {int sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 连接服务器（代码同前）str_cli(stdin, sockfd);exit(0);
}
4.11 本章小结与习题

小结：本章系统讲解了TCP套接字编程的核心API与并发模型，通过Echo案例展示了完整开发流程。

习题：

  1. 实现支持多客户端的UDP Echo服务器，对比TCP/UDP编程差异；
  2. 修改Echo服务器为线程池模型，测试并发性能；
  3. 使用tcpdump抓取三次握手与四次挥手数据包，分析字段含义。

付费用户专属资源：

  • 完整Echo工程（含Makefile与压力测试脚本）；
  • TCP状态转换图（矢量图）；
  • 扩展阅读：《TCP协议栈内核实现剖析》。
4.11 本章小结与习题

小结：本章系统讲解了TCP套接字编程的核心API与并发模型，通过Echo案例展示了完整开发流程。

习题：

  1. 实现支持多客户端的UDP Echo服务器，对比TCP/UDP编程差异；
  2. 修改Echo服务器为线程池模型，测试并发性能；
  3. 使用tcpdump抓取三次握手与四次挥手数据包，分析字段含义。

付费用户专属资源：

  • 完整Echo工程（含Makefile与压力测试脚本）；
  • TCP状态转换图（矢量图）；
  • 扩展阅读：《TCP协议栈内核实现剖析》。

通过本章学习，读者将掌握TCP套接字编程的核心技术，并具备开发高并发网络服务的能力。


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