简单的tcp socket编程及分析

2010-06-02 21:32

tcp_client.c:

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h>
3 #include <sys/socket.h> /* socket, connect, etc. */
4 #include <arpa/inet.h> /* inet_aton, sockaddr_in, etc */
5 #include <string.h> /* memset */
6
7 #define BUFFSIZE 1024
8 typedef struct sockaddr SA;
9
10 int main(int argc, char** argv)
11 {
12 int clientfd, port = 1234;
13 struct sockaddr_in server_sockaddr;
14 char buf[BUFFSIZE];
15 const char* server_ip = "10.0.2.15";
16 int received = 0;
17 int errcode = 0;
18 /* create stream socket */
19 if ((clientfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)) < 0) {
20 printf("failed to create socket\n");
21 exit(-1);
22 }
23
24 /* zeroize and set server socket address */
25 memset(&server_sockaddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
26 server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
27 server_sockaddr.sin_port = htons(port);
28 inet_aton(server_ip, &server_sockaddr.sin_addr);
29
30 /* connect client to server */
31 /* connect: sends SYN, when server returns SYN,ACK, it sends ACK and returns */
32 if((errcode = connect(clientfd, (SA*)&server_sockaddr, sizeof(server_sockaddr))) == 0) {
33 printf("connected.\n");
34 }
35 else {
36 fprintf(stderr, "error! connection refused.\n");
37 exit(-1);
38 }
39
40 /* send message */
41 while ((fgets(buf, BUFFSIZE, stdin)) != NULL) {
42 /* wirte: PSH(push), ACK and send data */
43 write(clientfd, buf, strlen(buf)-1); /* do not send the trailing '\n' */
44 //printf("haha");
45 }
46 /* close: FIN, ACK */
47 close(clientfd);
48
49 return 0;
50 }

tcp_server.c:

1 #include <stdio.h>
2 #include <stdlib.h> /* exit */
3 #include <sys/socket.h> /* socket, connect, etc. */
4 #include <arpa/inet.h> /* inet_aton, sockaddr_in, etc */
5 #include <string.h> /* memset */
6
7 typedef struct sockaddr SA;
8 #define LISTENQ 1024
9 #define BUFFSIZE 1024
10
11 int main(int argc, char** argv)
12 {
13 int listenfd, commfd, port = 1234, clientlen, optval=1;
14 char msg[BUFFSIZE];
15 struct sockaddr_in server_sockaddr, client_sockaddr;
16
17 clientlen = sizeof(client_sockaddr);
18 /* create stream socket */
19 if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_IP)) < 0) {
20 fprintf(stderr, "error! cannot create socket.\n");
21 exit(-1);
22 }
23
24 /* zeroize and fill server sockaddr */
25 memset(&server_sockaddr, 0, sizeof(server_sockaddr));
26 server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
27 server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
28 server_sockaddr.sin_port = htons(port);
29
30 /* configure the server so that it can be restarted immediately */
31 setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, (const void*)&optval, sizeof(int));
32
33 /* bind socket to inaddr */
34 bind(listenfd, (SA *)&server_sockaddr, sizeof(server_sockaddr));
35
36 /* listen on listenfd */
37 listen(listenfd, LISTENQ);
38
39
40 while(1) {
41 /* accept incoming requests */
42 /* accpet: SYN, ACK */
43 commfd = accept(listenfd, (SA* )&client_sockaddr, &clientlen);
44 /* read: ACK */
45 while(read(commfd, msg, BUFFSIZE) > 0) {
46 printf("received:\"%s\"\n", msg);
47 fflush(stdout);
48 }
49 printf("EOF encountered\n");
50 /* close: FIN ACK */
51 close(commfd);
52 }
53
54
55 return 0;
56 }

讨论：

tcp client/server 的一般编写步骤:

tcp client的套路：socket -> connect -> send/receive data -> close

tcp server的套路：socket -> bind -> listen -> accept -> send/receive data -> close

在编写tcp client时，首先使用socket函数创建一个新的socketfd(socket file descriptor)。socket函数的第一个参数永远是AF_INET(Address Family Internet)，表示为一个internet socket;第二个参数为该socket的类型(这里为SOCK_STREAM，即流类型(类似于TCP型);第三个参数为协议类型(在ip包中的8bit protocol type)，这个在/usr/include/linux/in.h中有定义，IPPROTO_IP的值为0，其实就是TCP. 另外还有IPPROTO_TCP, IPPROTO_UDP等等。

打开socketfd后，我们将服务器的ip address，port(合称socket address)填入一个sockaddr_in结构体中，并调用connect函数。

connect函数是我们这里的重头戏。如果使用wireshark来抓包可以发现，当client程序运行到connect时，会发出一个(SYN)，而server会返回一个(SYN ACK)表示已收到(SYN)，最后connect函数会发出一个(ACK)表示已收到(ACK)并返回0。这就是通常说的tcp中的三次握手(three-way handshake).接下来我们就可以对socketfd进行读写操作了(也就是对服务器发/收数据)。

这里另外提一下，如果server根本不通(ping不到)，则在抓包的时候一段时间后会看到ICMP包，内容为错误(destination unreachable)，connnect返回-1. 如果server可以连通，但是没有开放相应的端口(这里为1234)，则(SYN)还是会发出，而server会返回一个(ACK RST)，表示拒绝连接，connect仍然返回-1。由此可以知道，只有在物理上能够连接的基础上，才会发出(SYN)的请求.

当connect返回0时(同时server的accept函数返回0)，我们可以说连接已经建立了。这时候就可以收发数据了。我们在这两个例子里面用的是裸unix系统调用(read和write)来对socketfd进行操作。当写操作完成时，我们可以使用close()来关闭连接，这时client发出(FIN ACK),server在接收到之后会发出(ACK)来关闭连接。(这种情况为client发出的关闭连接).

我们再来看server端：首先还是调用socket函数来创建socket, 然后将server的ip,port填入一个sockaddr_in结构。接下来使用bind()将sockaddr与socket进行绑定(对比client程序中为connect)，接着使用listen使该socket变为listen模式(默认socket为主动连接模式)。这时使用accept()函数。accept函数的功能就是一直等待某个端口的连接，当收到(SYN)请求时回复(SYN ACK)并等待，然后当收到(ACK)时返回。与前面client的讨论联系起来我们就能够完整了解连接的建立过程。

当连接建立以后，后面的操作就和client相似了:调用read/write进行数据的发送/接收，调用close()进行连接的断开。这种情况下为服务器主动断开连接，发送FIN ACK，而client接受以后回复ACK关闭连接.