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Socket连接流程

参考文档

Socket到底是什么？你想知道吗？-socket是什么意思 (51cto.com)

[wiki百科socket]https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%B6%B2%E8%B7%AF%E6%8F%92%E5%BA%A7

类型

数据报套接字（SOCK_DGRAM）

数据报套接字是一种无连套接字接字，使用用户数据报协议（UDP）传输数据。每一个数据包都单独寻址和路由。这导致了接收端接收到的数据可能是乱序的，有一些数据甚至可能会在传输过程中丢失。不过得益于数据报套接字并不需要建立并维护一个稳定的连接，数据报套接字所占用的计算机和系统资源较小。

流套接字（SOCK_STREAM）连接导向式通信套接字，使用传输控制协议（TCP）、流控制传输协议（SCTP）或者数据拥塞控制协议（DCCP）传输数据。流套接字提供可靠并且有序的数据传输服务。在互联网上，流套接字通常使用TCP实现，以便应用可以在任何使用TCP/IP协议的网络上运行。
原始套接字原始套接字是一种网络套接字。允许直接发送和接受IP数据包并且不需要任何传输层协议格式。原始套接字主要用于一些协议的开发，可以进行比较底层的操作。

socket流程

关键接口

socket使用时有几个常用的接口

socket函数

socket()函数的原型如下，这个函数建立一个协议族为domain、协议类型为type、协议编号为protocol的套接字文件描述符。如果函数调用成功，会返回一个标识这个套接字的文件描述符，失败的时候返回-1

函数原型

#include <sys/types.h>
 
#include <sys/socket.h>
 
int socket(int domain, int type, int protocol);

domain参数 函数socket()的参数domain用于设置网络通信的域，函数socket()根据这个参数选择通信协议的族。通信协议族在文件sys/socket.h中定义。

名称	含义	名称	含义
`PF_UNIX`,`PF_LOCAL`	本地通信	`PF_X25`	`ITU-T X25 / ISO-8208`协议
`AF_INET`,`PF_INET`	`IPv4 Internet`协议	`PF_AX25`	`Amateur radio AX.25`
`PF_INET6`	`IPv6 Internet`协议	`PF_ATMPVC`	原始`ATM PVC`访问
`PF_IPX`	`IPX-Novell`协议	`PF_APPLETALK`	`Appletalk`
`PF_NETLINK`	内核用户界面设备	`PF_PACKET`	底层包访问

type参数 函数socket()的参数type用于设置套接字通信的类型，主要有SOCKET_STREAM（流式套接字）、SOCK——DGRAM`（数据包套接字）等

名称	含义
`SOCK_STREAM`	`TCP`连接，提供序列化的、可靠的、双向连接的字节流。支持带外数据传输
`SOCK_DGRAM`	支持`UDP`连接（无连接状态的消息）
`SOCK_SEQPACKET`	序列化包，提供一个序列化的、可靠的、双向的基本连接的数据传输通道，数据长度定常。每次调用读系统调用时数据需要将全部数据读出
`SOCK_RAW`	`RAW`类型，提供原始网络协议访问
`SOCK_RDM`	提供可靠的数据报文，不过可能数据会有乱序
`SOCK_PACKET`	这是一个专用类型，不能呢过在通用程序中使用

并不是所有的协议族都实现了这些协议类型，例如，AF_INET协议族就没有实现SOCK_SEQPACKET协议类型

protocol参数 函数socket()的第3个参数protocol用于制定某个协议的特定类型，即type类型中的某个类型。通常某协议中只有一种特定类型，这样protocol参数仅能设置为0；但是有些协议有多种特定的类型，就需要设置这个参数来选择特定的类型

类型为SOCK_STREAM的套接字表示一个双向的字节流，与管道类似。流式的套接字在进行数据收发之前必须已经连接，连接使用connect()函数进行。一旦连接，可以使用read()或者write()函数进行数据的传输。流式通信方式保证数据不会丢失或者重复接收，当数据在一段时间内任然没有接受完毕，可以将这个连接人为已经死掉
SOCK_DGRAM和SOCK_RAW 这个两种套接字可以使用函数sendto()来发送数据，使用recvfrom()函数接受数据，recvfrom()接受来自制定IP地址的发送方的数据
SOCK_PACKET是一种专用的数据包，它直接从设备驱动接受数据

示例

建立一个流式套接字：

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

bind函数

bind函数的作用是通过绑定一个其他func函数生成一个依赖于func的新的函数对象，复用func函数的实现，但是可以改变这个func的参数数量和顺序，可以绑定普通函数、全局函数，静态函数，成员函数，而且其参数可以支持占位符（std::placeholders::1，std::placeholders::2）来改变参数的顺序，并且可以设置func中默认的几个参数来减少输入参数的数量。

函数原型

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

sockfd：套接字描述符，是通过 socket() 创建的套接字。这个套接字将被绑定到服务端的地址和端口
- 这里的 addr 是本地地址（本地IP和端口），将 socket 绑定到本地的某个 IP 地址和端口号
- 用于服务器端，指定本地监听的地址和端口
addr：指向一个 struct sockaddr 结构体的指针，包含了套接字要绑定到的地址信息。对于 IPv4，通常是一个 struct sockaddr_in 结构体
addrlen：地址结构的大小，通常使用 sizeof(struct sockaddr_in) 来表示

返回值

成功：返回 0，表示绑定成功
失败：返回 -1，并设置 errno 来指示错误原因

listen函数

listen函数的作用是将一个套接字标记为监听状态，准备接受客户端的连接请求。它通常在创建并绑定一个服务器端套接字后使用，表示服务器愿意接受来自客户端的连接

函数原型

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd：这是一个套接字描述符，通常是通过 socket() 函数创建的
backlog：这是一个整数，指定连接请求队列的最大长度。即，当客户端连接请求到来时，系统会将这些连接排队，直到 accept() 函数接受连接。如果队列已满，新的连接可能会被拒绝

返回值

成功：返回 0 表示
失败：返回 -1 表示出错，并且设置了 errno 以指示错误原因

accept函数

accept函数是用于在套接字上接受传入连接的函数。它通常用于服务器端，以处理客户端的连接请求

函数原型

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

sockfd：服务器端的套接字描述符，通常是通过 socket() 函数创建并且通过 bind() 绑定后，再通过 listen() 设置为监听状态的套接字
addr：指向一个 struct sockaddr 结构体的指针，用来存储客户端的地址信息（例如，IP 地址和端口号）。可以设置为 NULL，如果不关心客户端地址信息
addrlen：指向一个变量，表示 addr 缓存区的长度，accept() 调用后，这个变量会被更新为客户端地址的实际长度

返回值

成功：accept() 返回一个新的套接字描述符，表示与客户端的连接
失败：返回 -1，并设置 errno 来指示错误原因

connect函数

connect函数的功能可以用一句话来概括，就是完成面向连接的协议的连接过程，它是主要连接的。面向连接的协议，在建立连接的时候总会有一方先发送数据，那么谁调用了connect谁就是先发送数据的一方

函数原型

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

sockfd：客户端的套接字描述符，通常是通过 socket() 函数创建的
- 这里的 addr 是远程地址（目标服务器的IP和端口），将 socket 连接到远程主机的指定地址和端口
- 用于客户端，指定要连接的服务器地址和端口
addr：指向 struct sockaddr 结构体的指针，包含了目标服务器的地址信息（IP 地址和端口）
addrlen：地址结构的大小，通常可以使用 sizeof(struct sockaddr_in)

返回值

成功：返回 0 表示连接成功
失败：返回 -1，并设置 errno 以指示错误原因

send函数

send函数通常用于客户端或服务器向对方发送消息或数据

函数原型

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

sockfd：套接字描述符，是已建立连接的套接字（例如，通过 socket() 创建并通过 connect() 或 accept() 连接后的套接字）。它指定了要发送数据的目标套接字。
buf：指向要发送的数据的缓冲区（内存地址）。这是一个指向 char 类型数据的指针，存储了需要发送的消息或数据
len：要发送的数据的字节数，通常是缓冲区中数据的长度
flags：设置发送行为的标志位。常用的标志包括：
- 0：表示正常发送
- MSG_CONFIRM：请求确认消息发送
- MSG_DONTROUTE：不使用路由表直接发送数据（绕过路由器）
- MSG_NOSIGNAL：防止发送 SIGPIPE 信号

返回值

成功：返回发送的字节数（即成功发送的数据量）。这个值可能小于 len，因为数据可能未完全发送，这时候需要再次调用 send() 继续发送剩余的数据
失败：返回 -1，并设置 errno 来指示错误原因

recv函数

recv() 函数用于从已经建立连接的套接字接收数据。它是接收数据的核心函数，通常在服务器端用于接收客户端发送的数据，或者在客户端接收从服务器传来的响应数据

函数原型

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

sockfd：已连接的套接字描述符。这个套接字是通过 socket() 创建并通过 connect()（客户端）或 accept()（服务器端）建立连接的套接字。
buf：指向接收数据缓冲区的指针，用于存储接收到的数据
len：要接收的最大字节数。recv() 函数会将最多 len 字节的数据存入 buf 中
flags：指定接收操作的行为标志。常用的标志有：
- 0：默认行为，正常接收
- MSG_PEEK：查看缓冲区的数据而不将其从缓冲区中移除
- MSG_WAITALL：要求 recv() 等到 len 字节的数据都被接收到（对于流套接字，可能需要多次调用才能完全接收 len 字节）

返回值

成功：返回实际接收的字节数（可以小于请求的 len，特别是在流套接字（如 TCP）中）。如果返回 0，表示连接已关闭
失败：返回 -1，并设置 errno 来指示错误原因

close函数&shutdown函数

close函数

close 一个套接字的默认行为是把套接字标记为已关闭，然后立即返回到调用进程

函数原型

int close(int sockfd);     //返回成功为0，出错为-1.

shutdown函数

函数原型

int shutdown(int sockfd,int howto);  //返回成功为0，出错为-1

该函数的行为依赖于howto的值

SHUT_RD：值为0，关闭连接的读这一半
SHUT_WR：值为1，关闭连接的写这一半
SHUT_RDWR：值为2，连接的读和写都关闭

两函数的区别

close函数会关闭套接字ID，如果有其他的进程共享着这个套接字，那么它仍然是打开的，这个连接仍然可以用来读和写，并且有时候这是非常重要的，特别是对于多进程并发服务器来说
shutdown会切断进程共享的套接字的所有连接，不管这个套接字的引用计数是否为零，那些试图读得进程将会接收到EOF标识，那些试图写的进程将会检测到SIGPIPE信号，同时可利用shutdown的第二个参数选择断连的方式