tcp网络编程客户端和服务端及listen和tcp允许最大连接数

tcp网络编程
tcp网络编程步骤:
由于tcp传输特点是可靠有连接，那么就有
1.客户端向服务端发送连接请求（SYN），
2.服务端接受请求并向客户端发送（SYN+ACK）;
3.客户端向服务端回复ACK表明他知道服务端同意连接。
以上三个步骤就是三次握手。
服务端编程步骤：
1.创建套接字
2.为套接字绑定地址信息
3.监听：开始接受服务端的连接请求
4.获取连接建立成功的新socket
5.发送数据
6.接受数据
1.创建套接字

#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
domain:地址域AF_INET :ipv4协议
type: 套接字类型SOCK_STREAM 流式套接字SOCK_DGRAM  数据报套接字
protocol :协议类型 如果是0，则表示默认；流式套接字默认tcp协议，报式套接字默认udp协议流式套接字: IPPROTO_TCP 6 报式套接字：IPPROTO_UDP 17
如：socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);
返回值：成功:套接字描述符 失败：-1

2.为socket绑定地址信息

 #include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);参数： sockfd: socket描述符addr :socket绑定的地址addrlen :地址信息长度返回值：成功：0（网卡操作那个进程），失败 -1功能：将参数sockfd和addr绑定在一起，使sockfd这个用于网络通讯的文件描述符监听addr所描述的地址和端口号。sockaddr结构：struct sockaddr {sa_f  amily_t sa_family;char        sa_data[14];}
虽然bind里参数是sockaddr,但是真正在基于IPV4编程时，使用的结构体是sockaddr_in;这个结构体里主要有三部分信息：地址类型，端口号，IP地址。
sockaddr_in在头文件#include<netinet/in.h>或#include<arpa/inet.h>中定义。该结构体解决了sockaddr的缺陷，把port和addr 分开储存在两个变量中，如下：
structsockaddr_in{short           sin_family;//AF_INET（地址族）PF_INET（协议族）unsigned short  sin_port;/*Portnumber(必须要采用网络数据格式,普通数字可以用htons()函数转换成网络数据格式的数字)*/struct in_addr  sin_addr;//32位IP地址unsigned char   sin_zero[8];//没有实际意义,只是为了跟SOCKADDR结构在内存中对齐*/};
该结构体中提到的另一个结构体in_addr定义如下，它用来存放32位IP地址：
typedef uint32_t in_addr_t;
struct in_addr
{in_addr_t s_addr;
};
in_addr用来表示一个IPV4的IP地址，其实是一个32位整数。

客户端不推荐手动绑定地址信息，因为绑定有可能因为特殊原因失败，但是客户端具体使用哪个地址和端口都可以，只要能把数据发送出去，所以客户端程序不手动绑定地址，直至发送数据时，操作系统检测到socket没有绑定地址，会自动选择合适的地址和端口为socket绑定地址，这种数据一般不会出错。
3.监听（服务端监听后才可以接受客户端连接请求）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);listen（）声明sockfd处于监听状态，并且最多允许backlog个客户端处于连接等待状态，如果接受到更多的连接请求就忽略，一般是5，即代表最大同时并发连接数为5，这个数字并不是tcp最大建立连接数。（文章后面会讲述tcp最大建立连接数）
返回值：成功： 0  失败 -1

4.accept():获取新建立的socket

#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockfd : socket描述符
addr  :新建立连接的客户端地址信息
addrlen :地址信息长度
返回值：成功：返回新的socket连接描述符失败：-1
accept是阻塞型函数，如果连接成功的队列没有新的连接，将会一直阻塞等待新的客户端连接

参数sockfd和返回值newsockfd区别：
sockfd :所有连接请求的数据发送到socket这个缓冲区(包括服务端ip和port)，然后进行处理（为这个新建立连接的客户端新建立一个socket）;
newsockfd: 连接建立成功后，连接成功的客户端发送的数据都发送到这个新的socket缓冲区（包括服务端ip port和建立连接客户端ip port）。
5.发送数据

 #include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);flag :  0默认阻塞发送数据

由于accept返回的socket描述符中有客户端ip和port，所以参数中就没有struct sockaddr_in 和 addrlen，这是和udp发送数据的区别。同理，tcp和udp接受数据函数参数不同。

6.接受数据

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
sockfd: 里面已经包含从哪儿接受数据信息,是新的sockfd
buf:用于接受数据
len :用于接受数据长度
flags:  0  默认 阻塞式接收
返回值 : 错误 : -1连接关闭 ; 0实际接受数据 >0

7.关闭socket描述符

要在任意可能退出的地方关闭对应的socket描述符。
tcp服务端代码

// tcp 服务端代码
//1.创建套接字
//2.绑定地址信息
//3.监听：监听之后获取新的socket连接
//4.获取新的socket连接
//5.接受数据
//6.发送数据
//7.关闭socket描述符
#include<stdio.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>int main(int argc,char *argv[]) //将需要绑定的IP地址和port在命令行输出来
{if(argc!=3){   printf("Usage:ip and port\n");}   //1.创建套接字int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);if(sockfd<0){   perror("sockfd error");return -1; }   //2.绑定地址信息// int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);struct sockaddr_in ser_addr;ser_addr.sin_family=AF_INET;ser_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(argv[1]);ser_addr.sin_port=(htons)(atoi(argv[2])); int len=sizeof(struct sockaddr_in);int ret=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&ser_addr,len);if(ret<0){perror("binf error");close(sockfd);return -1;}//3.监听// int listen(int sockfd, int backlog);if(listen(sockfd,5)<0)//开始监听，接受客户端的连接请求，最大同时并发连接数为5{perror("listen error");close(sockfd);return -1;}//连接建立成功后，服务端会新建立一个socketwhile(1){  //用while循环当一个连接断开后，可以重新获取新的socket//4.获取新建立的socketstruct sockaddr_in cli_addr;len=sizeof(struct sockaddr_in);// int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);int newsockfd=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&cli_addr,&len);//获取成功，返回新的socket描述符if(newsockfd<0){perror("newsockfd error");return -1;}//连接建立成功：printf("new con:%s %d\n",(inet_ntoa)(cli_addr.sin_addr),ntohs(cli_addr.sin_port));while(1)  //用循环是保证服务端可以和一个客户端可以多次聊天{//5.发送数据 //tcp协议：获取新的socket描述符后，新的socket里包含了服务端和客户端的地址信息,所以发送和接受数据没有先后之分// ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);char buff[1024]={0};printf("please send data:");scanf("%s",buff);ret=send(newsockfd,buff,strlen(buff),0); //阻塞发送数据 if(ret<0){perror("send error");close(newsockfd);return -1;}//6.接受数据//ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);memset(buff,0x00,1024);len=recv(newsockfd,buff,1023,0);//0默认阻塞接受数据if(len<0)//小于0接受失败{perror("recv error");close(newsockfd);continue;}else if(len==0)//等于0对端将连接断开{perror("peer has performed an orderly shutdown");close(newsockfd);continue;}printf("[%s:%d]->%s\n",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr),ntohs(cli_addr.sin_port),buff);}close(newsockfd);}close(sockfd);return -1;
}

tcp客户端编程步骤
1.创建套接字
2.绑定地址信息（没有必要调用bind()绑定信息，否则一台机器上启动多个客户端，就会出现端口号被占用而导致不能正常连接）
3.向服务端发起连接请求
4.接受数据
5.发送数据
6.关闭
创建套接字、发送数据、接受数据即挂壁和服务端一样。
3.向服务端发送连接请求

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
addr:要连接的服务端地址
addrlen :地址信息长度
返回值： 成功； 0  失败 -1

客户端代码：

//tcp 客户端代码
//1.创建套接字
//2.绑定地址信息
//3.向服务端发送连接请求
//4.发送数据
//5.接受数据
//6.关闭socket描述符#include<stdio.h>
#include<error.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<netinet/in.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<stdlib.h>int main(int argc,char* argv[])
{if(argc!=3){   printf("Usage ip and port\n");}   //1.创建套接字int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP);if(sockfd<0){   perror("socket error");return -1; }    //2.绑定地址信息(不推荐手动写绑定信息代码)//3.向服务端发送连接请求//int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);struct sockaddr_in ser_addr;ser_addr.sin_family=AF_INET;ser_addr.sin_port=(htons)(atoi(argv[2]));  //htons ：主机字节序转换成网络字节序ser_addr.sin_addr.s_addr=(inet_addr)(argv[1]);//因为argv[]是char*，用atoi使字符串转成整型int len=sizeof(struct sockaddr_in);
int ret=connect(sockfd,(struct sockaddr*)&ser_addr,len);if(ret<0){perror("connect error");close(sockfd);return -1;}//连接成功，socket描述符里有服务端和客户端IP地址和portwhile(1){//4.接受数据//ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);char buff[1024]={0};ret=recv(sockfd,buff,1023,0);//默认阻塞接受数据if(len<0)//小于0接受失败{perror("recv error");close(sockfd);continue;}else if(len==0)//等于0对端将连接断开{perror("peer has performed an orderly shutdown");close(sockfd);continue;}// net_ntoa :网络字节序转换成点分十进制IP//ntohs  :主机字节序转换成网络字节序printf("[%s:%d]say:%s\n",(inet_ntoa)(ser_addr.sin_addr),(ntohs)(ser_addr.sin_port),buff);//4.发送数据// ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);memset(buff,0x00,1024);printf("please send\n");scanf("%s",buff);ret=send(sockfd,buff,strlen(buff),0); //默认阻塞接受数据if(ret<0){perror("send error");close(sockfd);return -1;}}close(sockfd);return 0;
}

客户端：

服务端：

当客户端ctrl+c断开连接后，服务端会提示对端已关闭，这时会有新的客户端建立连接。
listen参数和tcp最多建立连接数
int listen(int sockfd, int backlog);
backlog：
协议栈使用一个队列:这个队列的大小由listen系统调用的backlog参数决定。当一个syn包到达后，服务端协议栈回复syn+ack，然后将这个socket加入这个队列。当客户端第三次握手的ack包到达后，再将这个socket的状态改为ESTABLISHED状态。这也就意味着这个队列可以可以容纳两种不同状态的socket：SYN RECEIVED和 ESTABLISHED，而只有后者可以被accept调用返回。当队列中的连接数（socket）达到backlog个后，系统收到syn将不再回复syn+ack。这种情况下协议栈通常仅仅是将syn包丢掉，而不是回复rst报文，从而让客户端可以重试。
tcp最大连接数：
用ulimit -n 结果是1024，这表示当前用户的每个进程最多允许同时打开1024个文件，这1024个文件需要除去每个进程必然打开的标准输入、标准输出、标准错误、服务器监听socket，进程间通讯的unix域socket等文件，那么剩下可用于客户端socket连接的文件数就只有大概1024-10=1014个，即在缺省条件下，基于linux的通讯程序最多允许同时1014个TCP并发连接。

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