TCP 和 UDP 的 Socket 调用

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了TCP 和 UDP 的 Socket 调用。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

在网络层,Socket 函数需要指定到底是 IPv4 还是 IPv6,分别对应设置为 AF_INET 和 AF_INET6。另外,还要指定到底是 TCP 还是 UDP。TCP 协议是基于数据流的,所以设置为 SOCK_STREAM,而 UDP 是基于数据报的,因而设置为 SOCK_DGRAM。

TCP 的服务端要先监听一个端口,一般是先调用 bind 函数,给这个 Socket 赋予一个 IP 地址和端口。为什么需要端口呢?要知道,你写的是一个应用程序,当一个网络包来的时候,内核要通过 TCP 头里面的这个端口,来找到你这个应用程序,把包给你。为什么要 IP 地址呢?有时候,一台机器会有多个网卡,也就会有多个 IP 地址,你可以选择监听所有的网卡,也可以选择监听一个网卡,这样,只有发给这个网卡的包,才会给你。

当服务端有了 IP 和端口号,就可以调用 listen 函数进行监听。在 TCP 的状态图里面,有一个 listen 状态,当调用这个函数之后,服务端就进入了这个状态,这个时候客户端就可以发起连接了。

在内核中,为每个 Socket 维护两个队列。一个是已经建立了连接的队列,这时候连接三次握手已经完毕,处于 established 状态;一个是还没有完全建立连接的队列,这个时候三次握手还没完成,处于 syn_rcvd 的状态。

接下来,服务端调用 accept 函数,拿出一个已经完成的连接进行处理。如果还没有完成,就要等着。

在服务端等待的时候,客户端可以通过 connect 函数发起连接。先在参数中指明要连接的 IP 地址和端口号,然后开始发起三次握手。内核会给客户端分配一个临时的端口。一旦握手成功,服务端的 accept 就会返回另一个 Socket。

监听的 Socket 和真正用来传数据的 Socket 是两个,一个叫作监听 Socket,一个叫作已连接 Socket

连接建立成功之后,双方开始通过 read 和 write 函数来读写数据,就像往一个文件流里面写东西一样。

基于 TCP 协议的 Socket 程序函数调用过程。

TCP 和 UDP 的 Socket 调用,网络协议,网络协议

说 TCP 的 Socket 就是一个文件流,是非常准确的。因为,Socket 在 Linux 中就是以文件的形式存在的。除此之外,还存在文件描述符。写入和读出,也是通过文件描述符。

在内核中,Socket 是一个文件,那对应就有文件描述符。每一个进程都有一个数据结构 task_struct,里面指向一个文件描述符数组,来列出这个进程打开的所有文件的文件描述符。文件描述符是一个整数,是这个数组的下标。

TCP 和 UDP 的 Socket 调用,网络协议,网络协议

UDP 是没有连接的,所以不需要三次握手,也就不需要调用 listen 和 connect,但是,UDP 的交互仍然需要 IP 和端口号,因而也需要 bind。UDP 是没有维护连接状态的,因而不需要每对连接建立一组 Socket,而是只要有一个 Socket,就能够和多个客户端通信。也正是因为没有连接状态,每次通信的时候,都调用 sendto 和 recvfrom,都可以传入 IP 地址和端口。

TCP 和 UDP 的 Socket 调用,网络协议,网络协议

最大 TCP 连接数 = 客户端 IP 数×客户端端口数。对 IPv4,客户端的 IP 数最多为 2 的 32 次方,客户端的端口数最多为 2 的 16 次方,也就是服务端单机最大 TCP 连接数,约为 2 的 48 次方。

当然,服务端最大并发 TCP 连接数远不能达到理论上限。首先主要是文件描述符限制,按照上面的原理,Socket 都是文件,所以首先要通过 ulimit 配置文件描述符的数目;另一个限制是内存,按上面的数据结构,每个 TCP 连接都要占用一定内存,操作系统是有限的。

1、多进程方式

这就相当于你是一个代理,在那里监听来的请求。一旦建立了一个连接,就会有一个已连接 Socket,这时候你可以创建一个子进程,然后将基于已连接 Socket 的交互交给这个新的子进程来做。

2、多线程方式

在 Linux 下,通过 pthread_create 创建一个线程,也是调用 do_fork。不同的是,虽然新的线程在 task 列表会新创建一项,但是很多资源,例如文件描述符列表、进程空间,还是共享的,只不过多了一个引用而已。

有个 C10K,它的意思是一台机器要维护 1 万个连接,就要创建 1 万个进程或者线程,那么操作系统是无法承受的。如果维持 1 亿用户在线需要 10 万台服务器,成本也太高了。

3、IO 多路复用,一个线程维护多个 Socket

由于 Socket 是文件描述符,因而某个线程盯的所有的 Socket,都放在一个文件描述符集合 fd_set 中,这就是项目进度墙,然后调用 select 函数来监听文件描述符集合是否有变化。一旦有变化,就会依次查看每个文件描述符。

4、IO 多路复用,从“派人盯着”到“有事通知”

能完成这件事情的函数叫 epoll,它在内核中的实现不是通过轮询的方式,而是通过注册 callback 函数的方式,当某个文件描述符发送变化的时候,就会主动通知。

这种通知方式使得监听的 Socket 数据增加的时候,效率不会大幅度降低,能够同时监听的 Socket 的数目也非常的多了。上限就为系统定义的、进程打开的最大文件描述符个数。因而,epoll 被称为解决 C10K 问题的利器。

此文章为9月Day13学习笔记,内容来源于极客时间《趣谈网络协议》,推荐该课程。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-709701.html

到了这里,关于TCP 和 UDP 的 Socket 调用的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • tcp/udp socket 网络通信中超时时间的设置

    1.connect函数的超时时间设置只对TCP有效 UDP由于是无连接的connect都会返回success 有两种方法: 第一种方法 默认的socket是阻塞模式 我们只需要设置其为非阻塞模式,然后调用select去查询其状态 代码如下:  第二种是 默认其为阻塞模式  通过setsockopt 函数设置TCP_SYNCNT 值 头文件

    2024年02月15日
    浏览(42)
  • C/C++ Linux Socket网络编程 TCP 与 UDP

    之前已经学习了QT的socket编程 和 C/C++在window环境的socket编程,现在再来学习一波C/C++在Linux环境下的socket编程,为以后学习C++ Linux 服务器开发做准备。 目录 一、Socket简介 二、Socket编程基础 1. 网络字节序 2. sockaddr数据结构 3. IP地址转换函数 三、TCP编程函数 1. socket函数 2. bi

    2024年02月02日
    浏览(61)
  • 【Linux网络】TCP UDP socket HTTP webSocket之间的区别

    目录 一、OSI TCP/IP模型 二、几者之间的关系 三、HTTP 四、Socket 五、WebSocket 5.1、WebSocket 优点 首先我们要了解OSI七层模型,和预支对应的TCP/IP 四层的模型。     用下面的图可以看出,TCP  UDP 工作在传输层,而 HTTP  WebSocket 工作在应用层,但socket不属于七层模型中的任何一层,

    2024年02月11日
    浏览(37)
  • Java网络编程(二)Socket 套接字(TCP和UDP),以及TCP的回显

    我们软件工作者,着重编写的是应用层的代码,但是发送这个数据,我们就需要将应用层传输到传输层,也就意味着我们需要调用应用层的API,统称为 Socket API。 套接字的分类: 流套接字:使用传输层TCP协议 特点: 有连接:使用 TCP 通信的双方,需要时刻保存对方的相关消

    2024年02月09日
    浏览(54)
  • 网络:从socket编程的角度说明UDP和TCP的关系,http和tcp的区别

             尝试从编程的角度解释各种网络协议。         从Python的socket编程角度出发,UDP( User Datagram Protocol )和TCP( Transmission Control Protocol )是两种不同的传输协议。 TCP是一种面向连接的协议,提供可靠的、有序的、双向的数据传输。在TCP中,客户端和服务器之间

    2024年02月14日
    浏览(39)
  • 【网络编程】网络编程概念,socket套接字,基于UDP和TCP的网络编程

    前言: 大家好,我是 良辰丫 ,今天我们一起来学习网络编程,网络编程的基本概念,认识套接字,UDP与TCP编程.💞💞💞 🧑个人主页:良辰针不戳 📖所属专栏:javaEE初阶 🍎励志语句:生活也许会让我们遍体鳞伤,但最终这些伤口会成为我们一辈子的财富。 💦期待大家三连,关注

    2023年04月20日
    浏览(61)
  • 网络:TCP、UDP协议

    目录 netstat pidof xargs UDP协议 TCP协议 setsockopt函数 确认应答机制 超时重传机制 流量控制 滑动窗口 拥塞控制 延迟应答 捎带应答 面向字节流 粘包问题 在TCP/IP协议中, 用 \\\"源IP\\\", \\\"源端口号\\\", \\\"目的IP\\\", \\\"目的端口号\\\", \\\"协议号\\\" 这样一个五元组来标识一个通信 0- 1023:知名端口号, HTTP

    2024年04月17日
    浏览(44)
  • Java网络编程基础:TCP Socket套接字编程 IntAddress UDP等...

    目录 一,网络基础 1.IP地址 2.端口 3.TCP/UDP协议 4.网络编程开发模式  二,基于套接字的Java网络编程 1.Socket  2.InetAddress 三.基于TCP的Socket网络编程 1.单服务器端与单Socket客户端一次通讯 2.单服务器端接收多次通讯  3.TCP网络通讯补充 四,基于UDP的网络编程 1. DatagramSocket:收发

    2024年04月29日
    浏览(46)
  • C++开发基础之网络编程WinSock库使用详解TCP/UDP Socket开发

    Winsock是Windows操作系统提供的用于网络编程的API库。它是Windows Sockets的简称,也就是套接字库。Winsock可以让开发人员使用TCP/IP协议族中的各种协议,如TCP、UDP等,在Windows平台下进行网络编程。 Winsock提供了一组函数和数据结构,这些函数和数据结构可以让开发人员创建和管理

    2024年01月23日
    浏览(51)
  • 【socket】从计算机网络基础到socket编程——Windows && Linux C语言 + Python实现(TCP+UDP)

    简单讲一下基础知识,便于后面代码的理解,建议大概浏览一下这一小节内容。这里讲的只是冰山一角,建议大家学习计算机网络相关知识,推荐几本书: 《计算机网络》(谢希仁) 《计算机网络 自顶向下方法》 《计算机网络技术》 《计算机网络基础及应用》 《Linux C从入

    2024年02月08日
    浏览(60)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包