socket编程 学习笔记 理解

在使用socket(也就是套接字)编程的时候,其实是工作于应用层和传输层之间

如果使用的是基于TCP的socket,那每个数据包的发送的过程大致为:

  1. 数据通过socket套接字构造符合TCP协议的数据包
  2. 在屏蔽底层协议的情况下,可以理解为TCP层直接将该数据包发往目标机器的TCP层
  3. 目标机器解包得到数据

使用TCP连接收发数据需要做三件事:

  1. 建立连接
  2. 收发数据
  3. 断开连接

下面将对这三点展开说明:

建立连接:TCP三次握手

在没连接的情况下,客户端的TCP状态处于CLOSED状态,服务端的TCP处于CLOSED(未开启监听)或LISTEN(开启监听)状态。

TCP中,服务端与客户端建立连接的过程如下:

  1. 客户端主动发起连接(在socket编程中则为调用connect函数),向服务端发送一个SYN包。这个SYN包可以看作是一个小数据包,不过其中没有任何实际数据,仅有诸如TCP首部等协议包必须数据。
  2. 此时客户端状态从CLOSED变为SYN_SENT
  3. 服务端收到SYN包,并且,服务端返回一个针对该SYN包的响应包(ACK包)和一个新的SYN包。在socket编程中,服务端能收到SYN包的前提是,服务端已经调用过listen函数使其处于监听状态(必须处于LISTEN状态),并且处于调用accept函数后,等待连接的阻塞状态。
  4. 此时服务端状态从LISTEN变为SYN_RCVD
  5. 客户端收到服务端发来的两个包,并针对新SYN包,返回ACK包。
  6. 此时客户端状态从SYN_SENT切换至ESTABLISHED,该状态表示可以传输数据了。
  7. 服务端收到ACK包,成功建立连接,accept函数返回客户端套接字。
  8. 此时服务端状态从SYN_RCVD切换至ESTABLISHED

收发数据

当连接建立之后,就可以通过客户端套接字进行收发数据了。


断开连接:TCP四次挥手

  1. 双方中有一方(假设为A为主动方,另一方为B)主动关闭连接(调用close,或者其进程本身被终止等情况),则A向B发送FIN包,A从ESTABLISHED状态切换为FIN_WAIT_1状态
  2. B接收到FIN包,并发送ACK包,B从ESTABLISHED状态切换为CLOSE_WAIT状态
  3. A接收到ACK包,此时A从FIN_WAIT_1状态切换为FIN_WAIT_2状态
  4. 一段时间后,B调用自身的close函数,并发送FIN包,B从CLOSE_WAIT状态切换为LAST_ACK状态
  5. A接收到FIN包,并发送ACK包,A从FIN_WAIT_2状态切换为TIME_WAIT状态
  6. B接收到ACK包,关闭连接。此时B从LAST_ACK状态切换为CLOSED状态
  7. A等待一段时间(两倍的最长生命周期)后,关闭连接。此时A从TIME_WAIT状态切换为CLOSED状态

listen函数

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);

现在的backlog仅指Accept队列的最大长度。另一个队列,SYN队列的最大长度由系统的其它变量决定:
客户端发送的SYN到达服务器之后,服务端返回SYN/ACK,并将该客户端放置SYN队列中(第一次+第二次握手)
当服务端接收到客户端的ACK之后(第三次握手),完成握手,服务端将对应的连接从SYN队列中取出,放入Accept队列,等待accept函数接收并处理其请求


accept函数
accept函数由TCP服务器调用,用于从Accept队列中pop出一个已完成的连接。
若Accept队列为空,则accept函数所在的进程阻塞。


服务器优化Tip:
如果服务器端在每接收到一个请求时,都将日志在屏幕上打印(例如std::cout),这种与输出设备交互的IO很慢。

可以尝试将日志打印转为文件输出。

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