《TCP IP网络编程》第七章

news/2024/10/31 1:25:28/

第七章:优雅的断开套接字的连接

        TCP 的断开连接过程比建立连接更重要,因为连接过程中一般不会出现大问题,但是断开过程可能发生预想不到的情况。因此应该准确掌控。所以要掌握半关闭(Half-close),才能明确断开过程。

单方面断开连接带来的问题:

        Linux 和 Windows 的 closesocket 函数意味着完全断开连接。完全断开不仅指无法传输数据,而且也不能接收数据。因此在某些情况下,通信一方单方面的断开套接字连接,显得不太优雅。如图所示:

        图中描述的是 2 台主机正在进行双向通信,主机 A 发送完最后的数据后,调用 close 函数断开了最后的连接,之后主机 A 无法再接受主机 B 传输的数据。实际上,是完全无法调用与接受数据相关的函数。最终,由主机 B 传输的、主机 A 必须要接受的数据也销毁了。 

        为了解决这类问题,「只关闭一部分数据交换中使用的流」的方法应运而生。断开一部分连接是指,可以传输数据但是无法接收,或可以接受数据但无法传输。顾名思义就是只关闭流的一半。

套接字和流(Stream):

        两台主机通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态,又称「流形成的状态」。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看作一种流。

        此处的流可以比作水流。水朝着一个方向流动,同样,在套接字的流中,数据也止呕能向一个方向流动。因此,为了进行双向通信,需要如图所示的两个流:

        一旦两台主机之间建立了套接字连接,每个主机就会拥有单独的输入流和输出流。当然,其中一个主机的输入流与另一个主机的输出流相连,而输出流则与另一个主机的输入流相连。另外,本章讨论的「优雅的断开连接方式」只断开其中 1 个流,而非同时断开两个流。Linux 和 Windows 的 closesocket 函数将同时断开这两个流,因此与「优雅」二字还有一段距离。

针对优雅断开的 shutdown 函数 :

#include <sys/socket.h>
int shutdown(int sock, int howto);
/*
成功时返回 0 ,失败时返回 -1
sock: 需要断开套接字文件描述符
howto: 传递断开方式信息
*/

调用上述函数时,第二个参数决定断开连接的方式,其值如下所示:

  • SHUT_RD : 断开输入流
  • SHUT_WR : 断开输出流
  • SHUT_RDWR : 同时断开 I/O 流

        若向 shutdown 的第二个参数传递SHUT_RD,则断开输入流,套接字无法接收数据。即使输入缓冲收到数据也会抹去,而且无法调用相关函数。如果向 shutdown 的第二个参数传递SHUT_WR,则中断输出流,也就无法传输数据。若如果输出缓冲中还有未传输的数据,则将传递给目标主机。最后,若传递关键字SHUT_RDWR,则同时中断 I/O 流。这相当于分 2 次调用 shutdown ,其中一次以SHUT_RD为参数,另一次以SHUT_WR为参数。

基于半关闭的文件传输程序:

服务器端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{int serv_sd, clnt_sd;// 服务器套接字描述符、客户端套接字描述符FILE *fp;// 文件指针char buf[BUF_SIZE];// 缓冲区int read_cnt;// 读取的字节数struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;// 服务器地址、客户端地址结构体socklen_t clnt_adr_sz;// 客户端地址结构体大小// 检查命令行参数if (argc != 2){printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);exit(1);}// 以二进制只读方式打开文件fp = fopen("file_server.c", "rb");// 创建套接字serv_sd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 设置服务器地址结构体memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));serv_adr.sin_family = AF_INET;serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);// 任意可用的IP地址serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));// 从命令行参数获取端口号// 绑定套接字和地址bind(serv_sd, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr));// 监听连接请求listen(serv_sd, 5);// 接受客户端连接clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);clnt_sd = accept(serv_sd, (struct sockaddr *)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);// 读取文件内容,并发送给客户端while (1){//从文件流中读取数据,buffer为接收数据的地址,size为一个单元的大小,count为单元个数,stream为文件流//返回实际读取的单元个数read_cnt = fread((void *)buf, 1, BUF_SIZE, fp);if (read_cnt < BUF_SIZE){write(clnt_sd, buf, read_cnt);break;}write(clnt_sd, buf, BUF_SIZE);// 将缓冲区中的数据发送给客户端}// 关闭写端,等待客户端读取完数据shutdown(clnt_sd, SHUT_WR);// 读取来自客户端的消息并打印read(clnt_sd, buf, BUF_SIZE);printf("Message from client: %s \n", buf);fclose(fp);close(clnt_sd);close(serv_sd);return 0;
}void error_handling(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

客户端:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>#define BUF_SIZE 30
void error_handling(char *message);int main(int argc, char *argv[])
{int sd;// 套接字描述符FILE *fp;// 文件指针char buf[BUF_SIZE];int read_cnt;struct sockaddr_in serv_adr;// 服务器地址结构体if (argc != 3){printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);exit(1);}// 以二进制写方式打开文件fp = fopen("receive.cpp", "wb");// 创建套接字sd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 设置服务器地址结构体memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));serv_adr.sin_family = AF_INET;serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);// 从命令行参数获取服务器IP地址serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));// 从命令行参数获取服务器端口号// 连接服务器connect(sd, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr));// 从套接字读取数据,并写入文件while ((read_cnt = read(sd, buf, BUF_SIZE)) != 0)fwrite((void *)buf, 1, read_cnt, fp);puts("Received file data");write(sd, "Thank you", 10);fclose(fp);close(sd);return 0;
}void error_handling(char *message)
{fputs(message, stderr);fputc('\n', stderr);exit(1);
}

        客户端接受完成后,服务器会接收到来自客户端的感谢信息:


习题:

1、解释 TCP 中「流」的概念。UDP 中能否形成流?请说明原因。

        两台主机中通过套接字建立连接后进入可交换数据的状态,又称「流形成的状态」。也就是把建立套接字后可交换数据的状态看做一种流。UDP 没有建立连接的过程,所以不能形成流。

2、Linux 中的 close 函数或 Windows 中的 closesocket 函数属于单方面断开连接的方法,有可能带来一些问题。什么是单方面断开连接?什么情形下会出现问题?

        单方面断开连接就是两台主机正在通信,其中一台主机关闭了所有连接,那么一台主机向另一台主机传输的数据可能会没有接收到而损毁。

        传输文件的服务器只需连续传输文件数据即可,而客户端不知道需要接收数据到何时。客户端也没有办法无休止的调用输入函数。现在需要一个 EOF 代表数据已经传输完毕,那么这时就需要半关闭,服务端把自己的输出流关了,这时客户端就知数据已经传输完毕,因为服务端的输入流还没关,客户端可以给服务器汇报,接收完毕。

3、什么是半关闭?针对输出流执行半关闭的主机处于何种状态?半关闭会导致对方主机接收什么消息?

        半关闭就是把输入流或者输出流关了。针对输出流执行半关闭的主机处于可以接收数据而不能发送数据。半关闭会导致对方主机接收一个 EOF 文件结束符。对方就知道你的数据已经传输完毕。


http://www.ppmy.cn/news/945138.html

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