【ARM-Linux开发】Linux的SOCKET编程详解

时间  2019-12-20
标签 ARM-Linux开发 linux socket 编程 详解 栏目 Linux 繁體版
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Linux的SOCKET编程详解

1. 网络中进程之间如何通讯css

进 程通讯的概念最初来源于单机系统。因为每一个进程都在本身的地址范围内运行，为保证两个相互通讯的进html

程之间既互不干扰又协调一致工做，操做系统为进程通讯提供了相应设施，如linux

UNIX BSD有：管道（pipe）、命名管道（named pipe）软中断信号（signal）c++

UNIX system V有：消息（message）、共享存储区（shared memory）和信号量（semaphore)等.编程

他们都仅限于用在本机进程之间通讯。网间进程通讯要解决的是不一样主机进程间的相互通讯问题（可把同机进程通讯看做是其中的特例）。为此，首先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上，不一样进程可用进程号（process ID）惟一标识。但在网络环境下，各主机独立分配的进程号不能惟一标识该进程。例如，主机A赋于某进程号5，在B机中也能够存在5号进程，所以，“5号进程”这句话就没有意义了。 其次，操做系统支持的网络协议众多，不一样协议的工做方式不一样，地址格式也不一样。所以，网间进程通讯还要解决多重协议的识别问题。 ubuntu

其实TCP/IP协议族已经帮咱们解决了这个问题，网络层的“ip地址”能够惟一标识网络中的主机，而传输层的“协议+端口”能够惟一标识主机中的应用程序（进程）。这样利用三元组（ip地址，协议，端口）就能够标识网络的进程了，网络中的进程通讯就能够利用这个标志与其它进程进行交互。设计模式

使用TCP/IP协议的应用程序一般采用应用编程接口：UNIX  BSD的套接字（socket）和UNIX System V的TLI（已经被淘汰），来实现网络进程之间的通讯。就目前而言，几乎全部的应用程序都是采用socket，而如今又是网络时代，网络中进程通讯是无处不在，这就是我为何说“一切皆socket”。数组

2. 什么是TCP/IP、UDP服务器

     TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制协议/网间协议，是一个工业标准的协议集，它是为广域网（WANs）设计的。    网络

     TCP/IP协议存在于OS中，网络服务经过OS提供，在OS中增长支持TCP/IP的系统调用——Berkeley套接字，如Socket，Connect，Send，Recv等

    UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）是与TCP相对应的协议。它是属于TCP/IP协议族中的一种。如图：


      TCP/IP协议族包括运输层、网络层、链路层，而socket所在位置如图，Socket是应用层与TCP/IP协议族通讯的中间软件抽象层。


3. Socket是什么

一、 socket套接字：

     socket起源于Unix，而Unix/Linux基本哲学之一就是“一切皆文件”，均可以用“打开open –> 读写write/read –> 关闭close”模式来操做。Socket就是该模式的一个实现，        socket便是一种特殊的文件，一些socket函数就是对其进行的操做（读/写IO、打开、关闭）.
     说白了Socket是应用层与TCP/IP协议族通讯的中间软件抽象层，它是一组接口。在设计模式中，Socket其实就是一个门面模式，它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面，对用户来讲，一组简单的接口就是所有，让Socket去组织数据，以符合指定的协议。

       注意：其实socket也没有层的概念，它只是一个facade设计模式的应用，让编程变的更简单。是一个软件抽象层。在网络编程中，咱们大量用的都是经过socket实现的。

二、套接字描述符

          其实就是一个整数，咱们最熟悉的句柄是0、一、2三个，0是标准输入，1是标准输出，2是标准错误输出。0、一、2是整数表示的，对应的FILE *结构的表示就是stdin、stdout、stderr

套接字API最初是做为UNIX操做系统的一部分而开发的，因此套接字API与系统的其余I/O设备集成在一块儿。特别是，当应用程序要为因特网通讯而建立一个套接字（socket）时，操做系统就返回一个小整数做为描述符（descriptor）来标识这个套接字。而后，应用程序以该描述符做为传递参数，经过调用函数来完成某种操做（例如经过网络传送数据或接收输入的数据）。

在许多操做系统中，套接字描述符和其余I/O描述符是集成在一块儿的，因此应用程序能够对文件进行套接字I/O或I/O读/写操做。

当应用程序要建立一个套接字时，操做系统就返回一个小整数做为描述符，应用程序则使用这个描述符来引用该套接字须要I/O请求的应用程序请求操做系统打开一个文件。操做系统就建立一个文件描述符提供给应用程序访问文件。从应用程序的角度看，文件描述符是一个整数，应用程序能够用它来读写文件。下图显示，操做系统如何把文件描述符实现为一个指针数组，这些指针指向内部数据结构。

     对于每一个程序系统都有一张单独的表。精确地讲，系统为每一个运行的进程维护一张单独的文件描述符表。当进程打开一个文件时，系统把一个指向此文件内部数据结构的指针写入文件描述符表，并把该表的索引值返回给调用者 。应用程序只需记住这个描述符，并在之后操做该文件时使用它。操做系统把该描述符做为索引访问进程描述符表，经过指针找到保存该文件全部的信息的数据结构。

      针对套接字的系统数据结构：

   1）、套接字API里有个函数socket，它就是用来建立一个套接字。套接字设计的整体思路是，单个系统调用就能够建立任何套接字，由于套接字是至关笼统的。一旦套接字建立后，应用程序还须要调用其余函数来指定具体细节。例如调用socket将建立一个新的描述符条目：

   2）、虽然套接字的内部数据结构包含不少字段，可是系统建立套接字后，大多数字字段没有填写。应用程序建立套接字后在该套接字可使用以前，必须调用其余的过程来填充这些字段。

三、文件描述符和文件指针的区别：

文件描述符：在linux系统中打开文件就会得到文件描述符，它是个很小的正整数。每一个进程在PCB（Process Control Block）中保存着一份文件描述符表，文件描述符就是这个表的索引，每一个表项都有一个指向已打开文件的指针。

文件指针：C语言中使用文件指针作为I/O的句柄。文件指针指向进程用户区中的一个被称为FILE结构的数据结构。FILE结构包括一个缓冲区和一个文件描述符。而文件描述符是文件描述符表的一个索引，所以从某种意义上说文件指针就是句柄的句柄（在Windows系统上，文件描述符被称做文件句柄）。

详细内容请看 linux文件系统： http://blog.csdn.net/hguisu/article/details/6122513#t7


4. 基本的SOCKET接口函数

在生活中，A要电话给B，A拨号，B听到电话铃声后提起电话，这时A和B就创建起了链接，A和B就能够讲话了。等交流结束，挂断电话结束这次交谈。  打电话很简单解释了这工做原理：“open—write/read—close”模式。



    服务器端先初始化Socket，而后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端链接。在这时若是有个客户端初始化一个Socket，而后链接服务器(connect)，若是链接成功，这时客户端与服务器端的链接就创建了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，而后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭链接，一次交互结束。

      这些接口的实现都是内核来完成。具体如何实现，能够看看linux的内核

4.一、socket()函数

 int  socket(int protofamily, int type, int protocol);//返回sockfd

     sockfd是描述符。

  socket函数对应于普通文件的打开操做。普通文件的打开操做返回一个文件描述字，而socket()用于建立一个socket描述符（socket descriptor），它惟一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字同样，后续的操做都有用到它，把它做为参数，经过它来进行一些读写操做。

      正如能够给fopen的传入不一样参数值，以打开不一样的文件。建立socket的时候，也能够指定不一样的参数建立不一样的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：

  • protofamily：即协议域，又称为协议族（family）。经常使用的协议族有，AF_INET(IPV4)、AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通讯中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名做为地址。
  • type：指定socket类型。经常使用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
  • protocol：故名思意，就是指定协议。经常使用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议（这个协议我将会单独开篇讨论！）。

注意：并非上面的type和protocol能够随意组合的，如SOCK_STREAM不能够跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

当咱们调用socket建立一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。若是想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，不然就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

4.二、bind()函数

正如上面所说bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。例如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函数的三个参数分别为：

  • sockfd：即socket描述字，它是经过socket()函数建立了，惟一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
  • addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址建立socket时的地址协议族的不一样而不一样，如ipv4对应的是： 
     
    struct sockaddr_in {
    sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
    struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
};

/* Internet address. */
struct in_addr {
    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
};
    ipv6对应的是： 
     
    struct sockaddr_in6 { 
    sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
    in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
    uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
    struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
    uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
};

struct in6_addr { 
    unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
};
    Unix域对应的是： 
     
    #define UNIX_PATH_MAX    108

struct sockaddr_un { 
    sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
    char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ 
};
  • addrlen：对应的是地址的长度。

一般服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就能够经过它来接连服务器；而客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为何一般服务器端在listen以前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

网络字节序与主机字节序

主机字节序就是咱们日常说的大端和小端模式：不一样的CPU有不一样的字节序类型，这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫作主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义以下：

　　a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。

　　b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。

网络字节序：4个字节的32 bit值如下面的次序传输：首先是0～7bit，其次8～15bit，而后16～23bit，最后是24~31bit。这种传输次序称做大端字节序。因为TCP/IP首部中全部的二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，所以它又称做网络字节序。字节序，顾名思义字节的顺序，就是大于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，一个字节的数据没有顺序的问题了。

因此：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序同样使用的是Big-Endian。因为这个问题曾引起过血案！公司项目代码中因为存在这个问题，致使了不少莫名其妙的问题，因此请谨记对主机字节序不要作任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

4.三、listen()、connect()函数

若是做为一个服务器，在调用socket()、bind()以后就会调用listen()来监听这个socket，若是客户端这时调用connect()发出链接请求，服务器端就会接收到这个请求。

int listen(int sockfd, int backlog);
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

listen函数的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket能够排队的最大链接个数。socket()函数建立的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的链接请求。

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端经过调用connect函数来创建与TCP服务器的链接。

4.四、accept()函数

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()以后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()以后就向TCP服务器发送了一个链接请求。TCP服务器监听到这个请求以后，就会调用accept()函数取接收请求，这样链接就创建好了。以后就能够开始网络I/O操做了，即类同于普通文件的读写I/O操做。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //返回链接connect_fd

参数sockfd
参数sockfd就是上面解释中的监听套接字，这个套接字用来监听一个端口，当有一个客户与服务器链接时，它使用这个一个端口号，而此时这个端口号正与这个套接字关联。固然客户不知道套接字这些细节，它只知道一个地址和一个端口号。
参数addr
这是一个结果参数，它用来接受一个返回值，这返回值指定客户端的地址，固然这个地址是经过某个地址结构来描述的，用户应该知道这一个什么样的地址结构。若是对客户的地址不感兴趣，那么能够把这个值设置为NULL。
参数len
如同你们所认为的，它也是结果的参数，用来接受上述addr的结构的大小的，它指明addr结构所占有的字节个数。一样的，它也能够被设置为NULL。

若是accept成功返回，则服务器与客户已经正确创建链接了，此时服务器经过accept返回的套接字来完成与客户的通讯。

注意：

      accept默认会阻塞进程，直到有一个客户链接创建后返回，它返回的是一个新可用的套接字，这个套接字是链接套接字。

此时咱们须要区分两种套接字，

       监听套接字: 监听套接字正如accept的参数sockfd，它是监听套接字，在调用listen函数以后，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字(监听套接字)

       链接套接字：一个套接字会从主动链接的套接字变身为一个监听套接字；而accept函数返回的是已链接socket描述字(一个链接套接字)，它表明着一个网络已经存在的点点链接。

        一个服务器一般一般仅仅只建立一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每一个由服务器进程接受的客户链接建立了一个已链接socket描述字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的已链接socket描述字就被关闭。

        天然要问的是：为何要有两种套接字？缘由很简单，若是使用一个描述字的话，那么它的功能太多，使得使用很不直观，同时在内核确实产生了一个这样的新的描述字。

链接套接字socketfd_new 并无占用新的端口与客户端通讯，依然使用的是与监听套接字socketfd同样的端口号

4.五、read()、write()等函数

万事具有只欠东风，至此服务器与客户已经创建好链接了。能够调用网络I/O进行读写操做了，即实现了网咯中不一样进程之间的通讯！网络I/O操做有下面几组：

  • read()/write()
  • recv()/send()
  • readv()/writev()
  • recvmsg()/sendmsg()
  • recvfrom()/sendto()

我推荐使用recvmsg()/sendmsg()函数，这两个函数是最通用的I/O函数，实际上能够把上面的其它函数都替换成这两个函数。它们的声明以下：

       #include <unistd.h>

       ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
       ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

       #include <sys/types.h>
       #include <sys/socket.h>

       ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
       ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

       ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
                      const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
       ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
                        struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

       ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
       ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，若是返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。若是错误为EINTR说明读是由中断引发的，若是是ECONNREST表示网络链接出了问题。

write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数。失败时返回-1，并设置errno变量。 在网络程序中，当咱们向套接字文件描述符写时有俩种可能。1)write的返回值大于0，表示写了部分或者是所有的数据。2)返回的值小于0，此时出现了错误。咱们要根据错误类型来处理。若是错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误。若是为EPIPE表示网络链接出现了问题(对方已经关闭了链接)。

其它的我就不一一介绍这几对I/O函数了，具体参见man文档或者baidu、Google，下面的例子中将使用到send/recv。

4.六、close()函数

在服务器与客户端创建链接以后，会进行一些读写操做，完成了读写操做就要关闭相应的socket描述字，比如操做完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

#include <unistd.h>
int close(int fd);

close一个TCP socket的缺省行为时把该socket标记为以关闭，而后当即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再做为read或write的第一个参数。

注意：close操做只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止链接请求。


5. Socket中TCP的创建（三次握手）

TCP协议经过三个报文段完成链接的创建，这个过程称为三次握手(three-way handshake)，过程以下图所示。

第一次握手：创建链接时，客户端发送syn包(syn=j)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；SYN：同步序列编号(Synchronize Sequence Numbers)。

第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时本身也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
一个完整的三次握手也就是： 请求---应答---再次确认。

对应的函数接口：
       

从图中能够看出，当客户端调用connect时，触发了链接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到链接请求，即收到SYN J包，调用accept函数接收请求向客户端发送SYN K ，ACK J+1，这时accept进入阻塞状态；客户端收到服务器的SYN K ，ACK J+1以后，这时connect返回，并对SYN K进行确认；服务器收到ACK K+1时，accept返回，至此三次握手完毕，链接创建。

咱们能够经过网络抓包的查看具体的流程：
好比咱们服务器开启9502的端口。使用tcpdump来抓包：

 tcpdump -iany tcp port 9502

而后咱们使用telnet 127.0.0.1 9502开链接.:
telnet 127.0.0.1 9502

14:12:45.104687 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [S], seq 2927179378, win 32792, options [mss 16396,sackOK,TS val 255474104 ecr 0,nop,wscale 3], length 0（1）
14:12:45.104701 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [S.], seq 1721825043, ack 2927179379, win 32768, options [mss 16396,sackOK,TS val 255474104 ecr 255474104,nop,wscale 3], length 0  （2）
14:12:45.104711 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [.], ack 1, win 4099, options [nop,nop,TS val 255474104 ecr 255474104], length 0  （3）

14:13:01.415407 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [P.], seq 1:8, ack 1, win 4099, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255474104], length 7
14:13:01.415432 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [.], ack 8, win 4096, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 0
14:13:01.415747 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [P.], seq 1:19, ack 8, win 4096, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 18
14:13:01.415757 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [.], ack 19, win 4097, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 0

  • 114:12:45.104687 时间带有精确到微妙
  • localhost.39870 > localhost.9502 表示通讯的流向，39870是客户端，9502是服务器端
  • [S] 表示这是一个SYN请求
  • [S.] 表示这是一个SYN+ACK确认包: 
  • [.] 表示这是一个ACT确认包， (client)SYN->(server)SYN->(client)ACT 就是3次握手过程
  • [P] 表示这个是一个数据推送，能够是从服务器端向客户端推送，也能够从客户端向服务器端推
  • [F] 表示这是一个FIN包，是关闭链接操做，client/server都有可能发起
  • [R] 表示这是一个RST包，与F包做用相同，但RST表示链接关闭时，仍然有数据未被处理。能够理解为是强制切断链接
  • win 4099 是指滑动窗口大小
  • length 18指数据包的大小


咱们看到 （1）（2）（3）三步是创建tcp：
第一次握手：
14:12:45.104687 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [S], seq 2927179378
客户端 IP localhost.39870 (客户端的端口通常是自动分配的) 向服务器 localhost.9502  发送syn包(syn=j)到服务器》
syn包(syn=j) ： syn的seq=  2927179378  （j=2927179378）

第二次握手：
14:12:45.104701 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [S.], seq 1721825043, ack 2927179379,
收到请求并确认：服务器收到syn包，并必须确认客户的SYN（ack=j+1），同时本身也发送一个SYN包（syn=k），即SYN+ACK包：
此时服务器主机本身的SYN：seq：y= syn seq 1721825043。
ACK为j+1 =（ack=j+1）=ack 2927179379 
第三次握手：
14:12:45.104711 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [.], ack 1,
客户端收到服务器的SYN+ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=k+1)

客户端和服务器进入ESTABLISHED状态后，能够进行通讯数据交互。此时和accept接口没有关系，即便没有accepte，也进行3次握手完成。
连 接出现链接不上的问题，通常是网路出现问题或者网卡超负荷或者是链接数已经满啦。

紫色背景的部分：
IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [P.], seq 1:8, ack 1, win 4099, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255474104], length 7
客户端向服务器发送长度为7个字节的数据，

IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [.], ack 8, win 4096, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 0
服务器向客户确认已经收到数据

 IP localhost.9502 > localhost.39870: Flags [P.], seq 1:19, ack 8, win 4096, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 18
而后服务器同时向客户端写入数据。

 IP localhost.39870 > localhost.9502: Flags [.], ack 19, win 4097, options [nop,nop,TS val 255478182 ecr 255478182], length 0
客户端向服务器确认已经收到数据

这个就是tcp可靠的链接，每次通讯都须要对方来确认。


6. TCP链接的终止（四次握手释放）

创建一个链接须要三次握手，而终止一个链接要通过四次握手，这是由TCP的半关闭(half-close)形成的，如图：

因为TCP链接是全双工的，所以每一个方向都必须单独进行关闭。这个原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的链接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP链接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另外一方执行被动关闭。

（1）客户端A发送一个FIN，用来关闭客户A到服务器B的数据传送（报文段4）。

（2）服务器B收到这个FIN，它发回一个ACK，确认序号为收到的序号加1（报文段5）。和SYN同样，一个FIN将占用一个序号。

（3）服务器B关闭与客户端A的链接，发送一个FIN给客户端A（报文段6）。

（4）客户端A发回ACK报文确认，并将确认序号设置为收到序号加1（报文段7）。

对应函数接口如图：


过程以下：

  • 某个应用进程首先调用close主动关闭链接，这时TCP发送一个FIN M；
  • 另外一端接收到FIN M以后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也做为文件结束符传递给应用进程，由于FIN的接收意味着应用进程在相应的链接上再也接收不到额外数据；
  • 一段时间以后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这致使它的TCP也发送一个FIN N；
  • 接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。

这样每一个方向上都有一个FIN和ACK。

1．为何创建链接协议是三次握手，而关闭链接倒是四次握手呢？

这是由于服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它能够把ACK和SYN（ACK起应答做用，而SYN起同步做用）放在一个报文里来发送。但关闭链接时，当收到对方的FIN报文通知时，它仅仅表示对方没有数据发送给你了；但未必你全部的数据都所有发送给对方了，因此你能够未必会立刻会关闭SOCKET,也即你可能还须要发送一些数据给对方以后，再发送FIN报文给对方来表示你赞成如今能够关闭链接了，因此它这里的ACK报文和FIN报文多数状况下都是分开发送的。

2．为何TIME_WAIT状态还须要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？

这是由于虽然双方都赞成关闭链接了，并且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理能够直接回到CLOSED状态（就比如从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；可是由于咱们必需要假想网络是不可靠的，你没法保证你最后发送的ACK报文会必定被对方收到，所以对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会由于超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，因此这个TIME_WAIT状态的做用就是用来重发可能丢失的ACK报文。




7. Socket编程实例

服务器端：一直监听本机的8000号端口，若是收到链接请求，将接收请求并接收客户端发来的消息，并向客户端返回消息。

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  1. /* File Name: server.c */  
  2. #include<stdio.h>  
  3. #include<stdlib.h>  
  4. #include<string.h>  
  5. #include<errno.h>  
  6. #include<sys/types.h>  
  7. #include<sys/socket.h>  
  8. #include<netinet/in.h>  
  9. #define DEFAULT_PORT 8000  
  10. #define MAXLINE 4096  
  11. int main(int argc, char** argv)  
  12. {  
  13.     int    socket_fd, connect_fd;  
  14.     struct sockaddr_in     servaddr;  
  15.     char    buff[4096];  
  16.     int     n;  
  17.     //初始化Socket  
  18.     if( (socket_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1 ){  
  19.     printf("create socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);  
  20.     exit(0);  
  21.     }  
  22.     //初始化  
  23.     memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));  
  24.     servaddr.sin_family = AF_INET;  
  25.     servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//IP地址设置成INADDR_ANY,让系统自动获取本机的IP地址。  
  26.     servaddr.sin_port = htons(DEFAULT_PORT);//设置的端口为DEFAULT_PORT  
  27.   
  28.     //将本地地址绑定到所建立的套接字上  
  29.     if( bind(socket_fd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1){  
  30.     printf("bind socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);  
  31.     exit(0);  
  32.     }  
  33.     //开始监听是否有客户端链接  
  34.     if( listen(socket_fd, 10) == -1){  
  35.     printf("listen socket error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);  
  36.     exit(0);  
  37.     }  
  38.     printf("======waiting for client's request======\n");  
  39.     while(1){  
  40. //阻塞直到有客户端链接，否则多浪费CPU资源。  
  41.         if( (connect_fd = accept(socket_fd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1){  
  42.         printf("accept socket error: %s(errno: %d)",strerror(errno),errno);  
  43.         continue;  
  44.     }  
  45. //接受客户端传过来的数据  
  46.     n = recv(connect_fd, buff, MAXLINE, 0);  
  47. //向客户端发送回应数据  
  48.     if(!fork()){ /*紫禁城*/  
  49.         if(send(connect_fd, "Hello,you are connected!\n", 26,0) == -1)  
  50.         perror("send error");  
  51.         close(connect_fd);  
  52.         exit(0);  
  53.     }  
  54.     buff[n] = '\0';  
  55.     printf("recv msg from client: %s\n", buff);  
  56.     close(connect_fd);  
  57.     }  
  58.     close(socket_fd);  
  59. }  

客户端：

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  1. /* File Name: client.c */  
  2.   
  3. #include<stdio.h>  
  4. #include<stdlib.h>  
  5. #include<string.h>  
  6. #include<errno.h>  
  7. #include<sys/types.h>  
  8. #include<sys/socket.h>  
  9. #include<netinet/in.h>  
  10.   
  11. #define MAXLINE 4096  
  12.   
  13.   
  14. int main(int argc, char** argv)  
  15. {  
  16.     int    sockfd, n,rec_len;  
  17.     char    recvline[4096], sendline[4096];  
  18.     char    buf[MAXLINE];  
  19.     struct sockaddr_in    servaddr;  
  20.   
  21.   
  22.     if( argc != 2){  
  23.     printf("usage: ./client <ipaddress>\n");  
  24.     exit(0);  
  25.     }  
  26.   
  27.   
  28.     if( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0){  
  29.     printf("create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno),errno);  
  30.     exit(0);  
  31.     }  
  32.   
  33.   
  34.     memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));  
  35.     servaddr.sin_family = AF_INET;  
  36.     servaddr.sin_port = htons(8000);  
  37.     if( inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0){  
  38.     printf("inet_pton error for %s\n",argv[1]);  
  39.     exit(0);  
  40.     }  
  41.   
  42.   
  43.     if( connect(sockfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0){  
  44.     printf("connect error: %s(errno: %d)\n",strerror(errno),errno);  
  45.     exit(0);  
  46.     }  
  47.   
  48.   
  49.     printf("send msg to server: \n");  
  50.     fgets(sendline, 4096, stdin);  
  51.     if( send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)  
  52.     {  
  53.     printf("send msg error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);  
  54.     exit(0);  
  55.     }  
  56.     if((rec_len = recv(sockfd, buf, MAXLINE,0)) == -1) {  
  57.        perror("recv error");  
  58.        exit(1);  
  59.     }  
  60.     buf[rec_len]  = '\0';  
  61.     printf("Received : %s ",buf);  
  62.     close(sockfd);  
  63.     exit(0);  
  64. }  

inet_pton 是Linux下IP地址转换函数，能够在将IP地址在“点分十进制”和“整数”之间转换 ，是inet_addr的扩展。

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  1. int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);//转换字符串到网络地址:  
第一个参数af是地址族，转换后存在dst中
    af = AF_INET:src为指向字符型的地址，即ASCII的地址的首地址（ddd.ddd.ddd.ddd格式的），函数将该地址转换为in_addr的结构体，并复制在*dst中
　　af =AF_INET6:src为指向IPV6的地址，函数将该地址转换为in6_addr的结构体，并复制在*dst中
若是函数出错将返回一个负值，并将errno设置为EAFNOSUPPORT，若是参数af指定的地址族和src格式不对，函数将返回0。

测试：

编译server.c

gcc -o server server.c

启动进程：

./server

显示结果：

======waiting for client's request======

并等待客户端链接。

编译 client.c

gcc -o client server.c

客户端去链接server：

./client 127.0.0.1 

等待输入消息


发送一条消息，输入：c++


此时服务器端看到：


客户端收到消息：

其实能够不用client,可使用telnet来测试：

telnet 127.0.0.1 8000



注意：

在ubuntu 编译源代码的时候，头文件types.h可能找不到。
使用dpkg -L libc6-dev | grep types.h 查看。
若是没有，可使用
apt-get install libc6-dev安装。
若是有了，但不在/usr/include/sys/目录下，手动把这个文件添加到这个目录下就能够了。

(部份内容来自吴秦：http://www.cnblogs.com/skynet/archive/2010/12/12/1903949.html)

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