socket编程简介

C++ Socket编程步骤

 sockets（套接字）编程有三种，流式套接字（SOCK_STREAM），数据报套接字（SOCK_DGRAM），原始套接字（SOCK_RAW）；基于TCP的socket编程是采用的流式套接字。

服务器端编程的步骤：

1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

2：绑定套接字到一个IP地址和一个端口上(bind())；

3：将套接字设置为监听模式等待连接请求(listen())；

4：请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept())；

5：用返回的套接字和客户端进行通信(send()/recv())；

6：返回，等待另一连接请求；

7：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

客户端编程的步骤：

1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

2：向服务器发出连接请求(connect())；

3：和服务器端进行通信(send()/recv())；

4：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

1、socket编程流程

　　socket编程的总体流程如下图所示。 服务器端先初始化Socket，然后与端口绑定(bind)，对端口进行监听(listen)，调用accept阻塞，等待客户端连接。在这时如果有个客户端初始化一个Socket，然后连接服务器(connect)，如果连接成功，这时客户端与服务器端的连接就建立了。客户端发送数据请求，服务器端接收请求并处理请求，然后把回应数据发送给客户端，客户端读取数据，最后关闭连接，一次交互结束。 
　　

3、Socket中TCP的建立（三次握手）

　　TCP协议通过三个报文段完成连接的建立，这个过程称为三次握手(three-way handshake)，过程如下图所示。 
　　第一次握手：建立连接时，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），同时自己也发送一个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： 
　　 
　　从图中可以看出，当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时connect进入阻塞状态；服务器监听到连接请求，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之后，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，连接建立。 
　　我们可以通过网络抓包的查看具体的流程。比如我们服务器开启9502的端口。使用tcpdump来抓包：tcpdump -iany tcp port 9502。 
　　然后我们使用telnet 127.0.0.1 9502开连接。 

4、TCP连接的终止（四次挥手）

　　建立一个连接需要三次握手，而终止一个连接要经过四次握手，这是由TCP的半关闭(half-close)造成的，如图： 
　　 
　　由于TCP连接是全双工的，因此每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来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个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一样，一个FIN将占用一个序号。 
　　（3）服务器B关闭与客户端A的连接，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： 
　　 
过程如下： 
1.某个应用进程首先调用close主动关闭连接，这时TCP发送一个FIN M； 
2.另一端接收到FIN M之后，执行被动关闭，对这个FIN进行确认。它的接收也作为文件结束符传递给应用进程，因为FIN的接收意味着应用进程在相应的连接上再也接收不到额外数据； 
3.一段时间之后，接收到文件结束符的应用进程调用close关闭它的socket。这导致它的TCP也发送一个FIN N； 
4.接收到这个FIN的源发送端TCP对它进行确认。 
这样每个方向上都有一个FIN和ACK。

　　为什么建立连接协议是三次握手，而关闭连接却是四次握手呢？ 
　　这是因为服务端的LISTEN状态下的SOCKET当收到SYN报文的建连请求后，它可以把ACK和SYN（ACK起应答作用，而SYN起同步作用）放在一个报文里来发送。但关闭连接时，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；但未必你所有的数据都全部发送给对方了，所以你可以未必会马上会关闭SOCKET,也即你可能还需要发送一些数据给对方之后，再发送FIN报文给对方来表示你同意现在可以关闭连接了，所以它这里的ACK报文和FIN报文多数情况下都是分开发送的。 
　　 
　　为什么TIME_WAIT状态还需要等2MSL后才能返回到CLOSED状态？ 
　　这是因为虽然双方都同意关闭连接了，而且握手的4个报文也都协调和发送完毕，按理可以直接回到CLOSED状态（就好比从SYN_SEND状态到ESTABLISH状态那样）；但是因为我们必须要假想网络是不可靠的，你无法保证你最后发送的ACK报文会一定被对方收到，因此对方处于LAST_ACK状态下的SOCKET可能会因为超时未收到ACK报文，而重发FIN报文，所以这个TIME_WAIT状态的作用就是用来重发可能丢失的ACK报文。