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网络编程socket accept函数的理解

02-28 PHP

在服务器端,socket()返回的套接字用于监听(listen)和接受(accept)客户端的连接请求,这个套接字不能用于与客户端之间发送和接收数据。
 
accept()接受一个客户端的连接请求,并返回一个新的套接字。所谓“新的”就是说这个套接字与socket()返回的用于监听和接受客户端的连接请求的套接字不是同一个套接字。与本次接受的客户端的通信是通过在这个新的套接字上发送和接收数据来完成的。
 
再次调用accept()可以接受下一个客户端的连接请求,并再次返回一个新的套接字(与socket()返回的套接字、之前accept()返回的套接字都不同的新的套接字)。这个新的套接字用于与这次接受的客户端之间的通信。
 
假设一共有3个客户端连接到服务器端。那么在服务器端就一共有4个套接字:第1个是socket()返回的、用于监听的套接字;其余3个是分别调用3次accept()返回的不同的套接字。
 
如果已经有客户端连接到服务器端,不再需要监听和接受更多的客户端连接的时候,可以关闭由socket()返回的套接字,而不会影响与客户端之间的通信。
 
当某个客户端断开连接、或者是与某个客户端的通信完成之后,服务器端需要关闭用于与该客户端通信的套接字。
 
举个简单的例子(以下代码只是示范性的,用于说明不同套接字的作用,实际的函数会需要更多的参数):
 
/* 建立用于监听和接受客户端连接请求的套接字 */
server_sock = socket();
/* 绑定监听的IP地址和端口 */
bind(server_sock);
/* 开始监听 */
listen(server_sock);
/**
* 等待客户端连接请求,在没有客户端连接请求到来之前,
* 程序会一直阻塞在这个函数里。
*/
client_sock = accept(server_sock);
/**
* 已经接受客户端连接请求,accept()函数创建并返回了一个
* 新的套接字client_sock,用于与客户端通信。
* 如果不再需要接受其他客户端的连接请求,可以关闭监听
* 套接字了。
*/
close(server_sock);
/* 发送数据到客户端 */
send(client_sock, data);
/* 从客户端接收数据 */
recv(client_sock, data);
/* 通信结束,关闭与客户端通信的套接字 */
close(client_sock);
 
 
accept是又产生一个Socket端口吗?
      要写网络程序就必须用Socket,这是程序员都知道的。而且,面试的时候,我们也会问对方会不会Socket编程?一般来说,很多人都会说,Socket编程基本就是listen,accept以及send,write等几个基本的操作。是的,就跟常见的文件操作一样,只要写过就一定知道。
 
     对于网络编程,我们也言必称TCP/IP,似乎其它网络协议已经不存在了。对于TCP/IP,我们还知道TCP和UDP,前者可以保证数据的正确和可靠性,后者则允许数据丢失。最后,我们还知道,在建立连接前,必须知道对方的IP地址和端口号。除此,普通的程序员就不会知道太多了,很多时候这些知识已经够用了。最多,写服务程序的时候,会使用多线程来处理并发访问。
我们还知道如下几个事实:
   1.一个指定的端口号不能被多个程序共用。比如,如果IIS占用了80端口,那么Apache就不能也用80端口了。
   2.很多防火墙只允许特定目标端口的数据包通过。
   3.服务程序在listen某个端口并accept某个连接请求后,会生成一个新的socket来对该请求进行处理。
 
       于是,一个困惑了我很久的问题就产生了。如果一个socket创建后并与80端口绑定后,是否就意味着该socket占用了80端口呢?如果是这样的,那么当其accept一个请求后,生成的新的socket到底使用的是什么端口呢(我一直以为系统会默认给其分配  一个空闲的端口号)?如果是一个空闲的端口,那一定不是80端口了,于是以后的TCP数据包的目标端口就不是80了--防火墙一定会阻止其通过的!实际上,我们可以看到,防火墙并没有阻止这样的连接,而且这是最常见的连接请求和处理方式。我的不解就是,为什么防火墙没有阻止这样的连接?它是如何判定那条连接是因为connet80端口而生成的?是不是TCP数据包里有什么特别的标志?或者防火墙记住了什么东西?
 
     后来,我又仔细研读了TCP/IP的协议栈的原理,对很多概念有了更深刻的认识。比如,在TCP和UDP同属于传输层,共同架设在IP层(网络层)之上。而IP层主要负责的是在节点之间(End to End)的数据包传送,这里的节点是一台网络设备,比如计算机。因为IP层只负责把数据送到节点,而不能区分上面的不同应用,所以TCP和UDP协议在其基础上加入了端口的信息,端口于是标识的是一个节点上的一个应用。除了增加端口信息,UPD协议基本就没有对IP层的数据进行任何的处理了。而TCP协议还加入了更加复杂的传输控制,比如滑动的数据发送窗口(Slice Window),以及接收确认和重发机制,以达到数据的可靠传送。不管应用层看到的是怎样一个稳定的TCP数据流,下面传送的都是一个个的IP数据包,需要由TCP协议来进行数据重组。
     
      所以,我有理由怀疑,防火墙并没有足够的信息判断TCP数据包的更多信息,除了IP地址和端口号。而且,我们也看到,所谓的端口,是为了区分不同的应用的,以在不同的IP包来到的时候能够正确转发。
 
     TCP/IP只是一个协议栈,就像操作系统的运行机制一样,必须要具体实现,同时还要提供对外的操作接口。就像操作系统会提供标准的编程接口,比如Win32编程接口一样,TCP/IP也必须对外提供编程接口,这就是Socket编程接口--原来是这么回事啊!
    
       在Socket编程接口里,设计者提出了一个很重要的概念,那就是socket。这个socket跟文件句柄很相似,实际上在BSD系统里就是跟文件句柄一样存放在一样的进程句柄表里。这个socket其实是一个序号,表示其在句柄表中的位置。这一点,我们已经见过很多了,比如文件句柄,窗口句柄等等。这些句柄,其实是代表了系统中的某些特定的对象,用于在各种函数中作为参数传入,以对特定的对象进行操作--这其实是C语言的问题,在C++语言里,这个句柄其实就是this指针,实际就是对象指针啦。
 
       现在我们知道,socket跟TCP/IP并没有必然的联系。Socket编程接口在设计的时候,就希望也能适应其他的网络协议。所以,socket的出现只是可以更方便的使用TCP/IP协议栈而已,其对TCP/IP进行了抽象,形成了几个最基本的函数接口。比如create,listen,accept,connect,read和write等等。
    
      现在我们明白,如果一个程序创建了一个socket,并让其监听80端口,其实是向TCP/IP协议栈声明了其对80端口的占有。以后,所有目标是80端口的TCP数据包都会转发给该程序(这里的程序,因为使用的是Socket编程接口,所以首先由Socket层来处理)。所谓accept函数,其实抽象的是TCP的连接建立过程。accept函数返回的新socket其实指代的是本次创建的连接,而一个连接是包括两部分信息的,一个是源IP和源端口,另一个是宿IP和宿端口。所以,accept可以产生多个不同的socket,而这些socket里包含的宿IP和宿端口是不变的,变化的只是源IP和源端口。这样的话,这些socket宿端口就可以都是80,而Socket层还是能根据源/宿对来准确地分辨出IP包和socket的归属关系,从而完成对TCP/IP协议的操作封装!而同时,放火墙的对IP包的处理规则也是清晰明了,不存在前面设想的种种复杂的情形。
 
    明白socket只是对TCP/IP协议栈操作的抽象,而不是简单的映射关系,这很重要!

文章来源: 网络
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