网络编程-connect函数

（1）connect描述

定义函数：
int connect (int sockfd,struct sockaddr * serv_addr,int addrlen);
connect函数通常用于客户端建立tcp连接。

 

参数：
sockfd：标识一个套接字。
serv_addr：套接字s想要连接的主机地址和端口号。
addrlen：name缓冲区的长度。

 

返回值：
成功则返回0，失败返回-1，错误原因存于errno中。

 

错误代码：
EBADF 参数sockfd 非合法socket处理代码
EFAULT 参数serv_addr指针指向无法存取的内存空间
ENOTSOCK 参数sockfd为一文件描述词，非socket。
EISCONN 参数sockfd的socket已是连线状态
ECONNREFUSED 连线要求被server端拒绝。
ETIMEDOUT 企图连线的操作超过限定时间仍未有响应。
ENETUNREACH 无法传送数据包至指定的主机。
EAFNOSUPPORT sockaddr结构的sa_family不正确。
EALREADY socket为不可阻塞且先前的连线操作还未完成。

 

（2）SOCKET中连接过程比较
      connect是套接字连接操作，connect操作之后代表对应的套接字已连接，UDP协议在创建套接字之后，可以同多个服务器端建立通信，而TCP协议只能与一个服务器端建立通信，TCP不允许目的地址是广播或多播地址，UDP允许。当然UDP协议也可以像TCP协议一样，通过connect来指定对方的ip地址、端口。
      UDP协议经过connect之后，在通过sendto来发送数据报时不需要指定目的地址、端口，如果指定了目的地址、端口，那么会返回错误。通过UDP协议可以给同一个套接字指定多次connect操作，而TCP协议不可以，TCP只能指定一次connect操作。UDP协议指定第二次connect操作之后会先断口第一次的连接，然后建立第二次的连接。

（3）客户端在建立同服务器端的连接过程
第一步都会通过socket建立连接套接字；
第二步通过bind来绑定本地地址、本地端口，当然绑定操作可以不用指定；
      对于UDP协议：若未指定绑定操作，那么可以通过下面connect操作来由内核负责套接字的绑定操作，若
connect又未指定，那么绑定操作只好通过套接字的写操作（sendto、sendmsg）来指定目的地址、端口，这时
套接字本地地址不会指定，为通配地址，而本地端口由内核指定，第一次sendto操作之后，插口的本地端口经
过内核指定之后就不会更改。
     对于TCP协议：若未指定绑定操作，可以通过下面connect操作来由内核负责套接字的绑定操作。内核会根
据套接字中的目的地址来判断外出接口，然后指定该外出接口的IP地址为插口的本地地址。Connect操作对于TCP
协议的客户端是必不可少的，必须指定。

 

（4）非阻塞的 socket connect
非阻塞模式有3种用途
        1.三次握手同时做其他的处理。connect要花一个往返时间完成，从几毫秒的局域网到几百毫秒或几秒的广域网。这段时间可能有一些其他的处理要执行，比如数据准备，预处理等。
        2.用这种技术建立多个连接。这在web浏览器中很普遍.
        3.由于程序用select等待连接完成，可以设置一个select等待时间限制，从而缩短connect超时时间。多数实现中，connect的超时时间在75秒到几分钟之间。有时程序希望在等待一定时间内结束，使用非阻塞connect可以防止阻塞75秒，在多线程网络编程中，尤其必要。   例如有一个通过建立线程与其他主机进行socket通信的应用程序，如果建立的线程使用阻塞connect与远程通信，当有几百个线程并发的时候，由于网络延迟而全部阻塞，阻塞的线程不会释放系统的资源，同一时刻阻塞线程超过一定数量时候，系统就不再允许建立新的线程（每个进程由于进程空间的原因能产生的线程有限），如果使用非阻塞的connect，连接失败使用select等待很短时间，如果还没有连接后，线程立刻结束释放资源，防止大量线程阻塞而使程序崩溃。

/*----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/

   在一个 CLIENT/SERVER模型的网络应用中，客户端的调用序列大致如下：

        socket -> connect -> recv/send -> close

        其中socket没有什么可疑问的，主要是创建一个套接字用于与服务端交换数据，并且通常它会迅速返回，此时并没有数据通过网卡发送出去，而紧随其后的connect函数则会产生网络数据的发送，TCP的三次握手也正是在此时开始，connect会先发送一个SYN包给服务端，并从最初始的CLOSED状态进入到SYN_SENT状态，在此状态等待服务端的确认包，通常情况下这个确认包会很快到达，以致于我们根本无法使用netstat命令看到SYN_SENT状态的存在，不过我们可以做一个极端情况的模拟，让客户端去连接一个随意指定服务器（如IP地址为88.88.88.88），因为该服务器很明显不会反馈给我们SYN包的确认包(SYN ACK)，客户端就会在一定时间内处于SYN_SENT状态，并在预定的超时时间（比如3分钟）之后从connect函数返回，connect调用一旦失败(没能到达ESTABLISHED状态)这个套接字便不可用，若要再次调用connect函数则必须要重新使用socket函数创建新的套接字。

下面结合实例分析，客户端代码如下：

[cpp] view plaincopy

1. /** 
2.  * client.c 
3.  * 
4.  * TCP client program, it is a simple example only. 
5.  * Writen By: Zhou Jianchun 
6.  * Date: 2011.08.11 
7.  * 
8.  * Compiled With: gcc -o client client.c 
9.  * Tested On: Ubuntu 11.04 LTS 
10.  * gcc version: 4.5.2 
11.  * 
12.  */  
13.   
14. #include <stdio.h>  
15. #include <sys/socket.h>  
16. #include <unistd.h>  
17. #include <sys/types.h>  
18. #include <netinet/in.h>  
19. #include <stdlib.h>  
20. #include <string.h>  
21. #include <errno.h>  
22.   
23. #define SERVER_PORT 20000  
24.   
25. void usage(char *name)  
26. {  
27.     printf("usage: %s IP\n", name);  
28. }  
29. int main(int argc, char **argv)  
30. {  
31.     int server_fd, client_fd, length = 0;  
32.     struct sockaddr_in server_addr, client_addr;  
33.     socklen_t socklen = sizeof(server_addr);  
34.   
35.     if(argc < 2)  
36.     {  
37.         usage(argv[0]);  
38.         exit(1);  
39.     }  
40.     if((client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)  
41.     {  
42.         printf("create socket error, exit!\n");  
43.         exit(1);  
44.     }  
45.     srand(time(NULL));  
46.     bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));  
47.     client_addr.sin_family = AF_INET;  
48.     client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);  
49.   
50.     bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));  
51.     server_addr.sin_family = AF_INET;  
52.     inet_aton(argv[1], &server_addr.sin_addr);  
53.     server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);  
54.   
55.     if(connect(client_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, socklen) < 0)  
56.     {  
57.         printf("can not connect to %s, exit!\n", argv[1]);  
58.         printf("%s\n", strerror(errno));  
59.         exit(1);  
60.     }  
61.     return 0;  
62. }  

编译完成之后执行：

[cpp] view plaincopy

1. zhou@neptune:~/data/source$ ./client 88.88.88.88  

此时程序会在connect函数中阻塞等待，约180秒之后输出：

[cpp] view plaincopy

1. can not connect to 88.88.88.88, exit!  
2. Connection timed out  

此刻connect的返回值为ETIMEOUT。

在此过程中我们可以用netstat命令查询连接状态：

[cpp] view plaincopy

1. zhou@neptune:~/data/source$ sudo netstat -natp |grep 20000  
2. tcp        0      1 192.168.0.4:44203       88.88.88.88:20000       SYN_SENT    5954/client      

可以看到此时的TCP连接状态为SYN_SENT，也就意味着发送了SYN包之后一直未得到服务端回馈SYN ACK包。

接下来我们使用这个客户端程序来连接自己的机器，测试时我的IP地址是192.168.0.4，是一个无线局域网，结果如下：

[cpp] view plaincopy

1. zhou@neptune:~/data/source$ ./client 192.168.0.4  
2. can not connect to 192.168.0.4, exit!  
3. Connection refused  

因为我的机器上并没有跑在指定端口（20000）上监听的服务端程序，所以这个连接直接被协议栈拒绝(通过发送RST类型的TCP包），connect立刻返回，返回值为ECONNREFUSED。

再来看看去连接同一局域网中一台不存在的主机时的情形，比如这台想象的主机的IP地址为192.168.0.188:

[cpp] view plaincopy

1. zhou@neptune:~/data/source$ ./client 192.168.0.188  
2. can not connect to 192.168.0.188, exit!  
3. No route to host  

因为本地局域网中的该主机并不存在，ARP请求得不到回应，网关会回应主机不可达的ICMP报文，connect返回EHOSTUNREACH。

至此connect函数的分析就结束了，由于本人水平有限，博客中的不妥或错误之处在所难免，殷切希望读者批评指正。同时也欢迎读者共同探讨相关的内容，如果乐意交流的话请留下您宝贵的意见，谢谢。