Linux网络编程之connect函数分析

        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：

/**
 * client.c
 *
 * TCP client program, it is a simple example only.
 * Writen By: Zhou Jianchun
 * Date: 2011.08.11
 *
 * Compiled With: gcc -o client client.c
 * Tested On: Ubuntu 11.04 LTS
 * gcc version: 4.5.2
 *
 */

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define SERVER_PORT 20000

void usage(char *name)
{
	printf("usage: %s IP\n", name);
}
int main(int argc, char **argv)
{
	int server_fd, client_fd, length = 0;
	struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
	socklen_t socklen = sizeof(server_addr);

	if(argc < 2)
	{
		usage(argv[0]);
		exit(1);
	}
	if((client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
	{
		printf("create socket error, exit!\n");
		exit(1);
	}
	srand(time(NULL));
	bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
	client_addr.sin_family = AF_INET;
	client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

	bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
	server_addr.sin_family = AF_INET;
	inet_aton(argv[1], &server_addr.sin_addr);
	server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

	if(connect(client_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, socklen) < 0)
	{
		printf("can not connect to %s, exit!\n", argv[1]);
		printf("%s\n", strerror(errno));
		exit(1);
	}
	return 0;
}

编译完成之后执行：

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：

can not connect to 88.88.88.88, exit!
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：

zhou@neptune:~/data/source$ sudo netstat -natp |grep 20000
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：

zhou@neptune:~/data/source$ ./client 192.168.0.4
can not connect to 192.168.0.4, exit!
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:

zhou@neptune:~/data/source$ ./client 192.168.0.188
can not connect to 192.168.0.188, exit!
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。