在 TCP/IP 協議中，"IP地址 + TCP或UDP端口號" 可以唯一標識網絡通訊中的一個進程，"IP地址+端口號" 就稱為 socket。本文以一個簡單的 TCP 協議為例，介紹如何創建基于 TCP 協議的網絡程序。

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TCP 協議通訊流程

下圖描述了 TCP 協議的通訊流程(此圖來自互聯網)：

下圖則描述 TCP 建立連接的過程(此圖來自互聯網)：

服務器調用 socket()、bind()、listen() 函數完成初始化后，調用 accept() 阻塞等待，處于監聽端口的狀態，客戶端調用 socket() 初始化后，調用 connect() 發出 SYN 段并阻塞等待服務器應答，服務器應答一個SYN-ACK 段，客戶端收到后從 connect() 返回，同時應答一個 ACK 段，服務器收到后從 accept() 返回。

TCP 連接建立后數據傳輸的過程：

建立連接后，TCP 協議提供全雙工的通信服務，但是一般的客戶端/服務器程序的流程是由客戶端主動發起請求，服務器被動處理請求，一問一答的方式。因此，服務器從 accept() 返回后立刻調用 read()，讀 socket 就像讀管道一樣，如果沒有數據到達就阻塞等待，這時客戶端調用 write() 發送請求給服務器，服務器收到后從 read() 返回，對客戶端的請求進行處理，在此期間客戶端調用 read() 阻塞等待服務器的應答，服務器調用 write() 將處理結果發回給客戶端，再次調用 read() 阻塞等待下一條請求，客戶端收到后從 read() 返回，發送下一條請求，如此循環下去。

下圖描述了關閉 TCP 連接的過程：

如果客戶端沒有更多的請求了，就調用 close() 關閉連接，就像寫端關閉的管道一樣，服務器的 read() 返回 0，這樣服務器就知道客戶端關閉了連接，也調用 close() 關閉連接。注意，任何一方調用 close() 后，連接的兩個傳輸方向都關閉，不能再發送數據了。如果一方調用 shutdown() 則連接處于半關閉狀態，仍可接收對方發來的數據。

在學習 socket 編程時要注意應用程序和 TCP 協議層是如何交互的：

1. 應用程序調用某個 socket 函數時 TCP 協議層完成什么動作，比如調用 connect() 會發出 SYN 段
2. 應用程序如何知道 TCP 協議層的狀態變化，比如從某個阻塞的 socket 函數返回就表明 TCP 協議收到了某些段，再比如 read() 返回 0 就表明收到了 FIN 段

下面通過一個簡單的 TCP 網絡程序來理解相關概念。程序分為服務器端和客戶端兩部分，它們之間通過 socket 進行通信。

服務器端程序

下面是一個非常簡單的服務器端程序，它從客戶端讀字符，然后將每個字符轉換為大寫并回送給客戶端：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <netinet/in.h>

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 8000

int main(void)
{
  struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
  socklen_t cliaddr_len;
  int listenfd, connfd;
  char buf[MAXLINE];
  char str[INET_ADDRSTRLEN];
  int i, n;

  // socket() 打開一個網絡通訊端口，如果成功的話，
  // 就像 open() 一樣返回一個文件描述符，
  // 應用程序可以像讀寫文件一樣用 read/write 在網絡上收發數據。
  listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

  bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family = AF_INET;
  servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
  servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
  
  // bind() 的作用是將參數 listenfd 和 servaddr 綁定在一起，
  // 使 listenfd 這個用于網絡通訊的文件描述符監聽 servaddr 所描述的地址和端口號。
  bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

  // listen() 聲明 listenfd 處于監聽狀態，
  // 并且最多允許有 20 個客戶端處于連接待狀態，如果接收到更多的連接請求就忽略。
  listen(listenfd, 20);

  printf("Accepting connections ...\n");
  while (1)
  {
    cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
    // 典型的服務器程序可以同時服務于多個客戶端，
    // 當有客戶端發起連接時，服務器調用的 accept() 返回并接受這個連接，
    // 如果有大量的客戶端發起連接而服務器來不及處理，尚未 accept 的客戶端就處于連接等待狀態。
    connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
   
    n = read(connfd, buf, MAXLINE);
    printf("received from %s at PORT %d\n",
        inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
        ntohs(cliaddr.sin_port));
  
    for (i = 0; i < n; i++)
    {
      buf[i] = toupper(buf[i]);
    }
      
    write(connfd, buf, n);
    close(connfd);
  }
}

新聞標題：LinuxSocket編程簡介和實現-創新互聯
文章來源：http://vcdvsql.cn/article12/jjedc.html

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