网络编程备忘

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TCP状态转换图

TCP状态转换图

一次完整的TCP连接：连接建立、数据传输、连接终止。

一次完整的TCP连接

可以看出建立TCP连接需要经过3步，SYN、SYN+ACK、ACK；而关闭则需要4步，FIN、ACK、FIN、ACK。

数据结构

#include <netinet/in.h>

数据结构struct sockaddr，为各种类型的套接字储存其地址信息：

struct sockaddr
{
    unsigned short sa_family; /* 地址家族, AF_INET 等 */
    char sa_data[14];         /* 14字节协议地址 */
};

在网络编程中，为了更方便的处理如上通用结构，我们实际使用一个并列的结构 struct sockaddr_in (“in” 代表 “Internet”)，这俩结构可以互相cast。

struct sockaddr_in
{
    short int sin_family;        /* 通信类型 */
    unsigned short int sin_port; /* 端口 */
    struct in_addr sin_addr;     /* Internet 地址 */
    unsigned char sin_zero[8];   /* 补齐，与sockaddr结构的长度匹配 */
};

而对于结构体struct in_addr, 有这样一个联合 (union)：

/* Internet 地址 (一个与历史有关的结构) */
struct in_addr
{
    unsigned long s_addr;
};

IP地址之间的转换

IP地址的可读字符串形式和struct in_addr之间可以通过函数inet_pton和inet_ntop互相转换。

struct sockaddr_in sa;

// 转换可读字符串到sockaddr_in
inet_pton(AF_INET, "10.0.1.123", &(sa.sin_addr));

// 转换sockaddr_in到可读字符串
char str[INET_ADDRSTRLEN];
inet_ntop(AF_INET, &(sa.sin_addr), str, INET_ADDRSTRLEN);

此外，如下三个函数都支持字符串形式到整数形式之间的转换，区别如下：

  • in_addr_t inet_addr(const char *cp); 返回网络序，不支持255.255.255.255这个IP。
  • in_addr_t inet_network(const char *cp); 返回主机序，不支持255.255.255.255这个IP。
  • int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp); 把字符串形式转换到struct in_addr结构，返回0表示字符串地址非法。用于替换上面的俩函数。

所以，类似如上inet_pton的转换也可以这样写：

struct sockaddr_in sa;
sa.sin_addr.s_addr = inet_addr("10.0.1.123");
// or
inet_aton("10.0.1.123", &(sa.sin_addr));

IO模型

单线程下的五种 IO 模型：

  • 阻塞（blocking）
  • 非阻塞（non-blocking）
    • fcntl(...O_NONBLOCK...)
  • IO 复用（IO multiplexing）
    • select、epoll、kqueue
  • 信号驱动（signal-driven）
    • SIGIO
  • 异步（asynchronous） - aio_read、aio_write and so forth

IO复用

IO复用一般借助select(2)/epoll(7)采用事件驱动模型，实现一个reactor。

首先，需要把IO连接设置成非阻塞，有两种方法：

  • 调用open(2)获取该文件描述符，指定 O_NONBLOCK标志
  • 对已经打开的文件描述符，使用fcntl设置 O_NONBLOCK标志
int flags = fcntl(s, F_GETFL, 0));   // socket s
fcntl(s, F_SETFL, flags | O_NONBLOCK);

一般的事件驱动模型流程如下：

for(;;){
    epoll/select 等待可以读写的描述符
    错误处理
    if(read ready){
        if(tcp) {
            if(accepted) 调用 accept 创建新连接
            if(read) 调用 read 读取
        }
        if(udp) {
            调用 recvfrom 读取
        }
    }
    if(write ready){
        if(connect) 调用 connect 建立连接
        if(write) 调用 write 写入
    }
}

其中write ready部分仅用于tcp，如果是udp直接调用sendto(2)即可。

参考

  • 《UNIX网络编程》