TCP 连接的过程图

服务器

socket() 函数

socket() 返回的 sockfd 是一个描述符。socket()对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。

int  socket(int protofamily, int type, int protocol);//返回sockfd

socket()的三个参数分别为：

• protofamily：即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET(IPV4)、AF_INET6(IPV6)、AF_LOCAL (或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等。协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。
• type：指定socket类型。常用的socket类型有，SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。
• protocol：故名思意，就是指定协议。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

调用socket()返回的socket描述字存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

bind()

bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket()返回的socket。服务器一般是要主动绑定IP地址和端口号的，但是客户端一般是不需要的，因为客户端调用connect的时候，内核会自动分配一个端口号给它。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

bind()函数的三个参数分别为：

• sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
• addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同。
• addrlen：对应的是addr的长度。

listen()

作为一个服务器，在调用 socket()、bind() 之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

int listen(int sockfd, int backlog);

listen() 的第一个参数即为要监听的socket描述字，第二个参数为相应socket可以排队的最大连接个数。socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

调用该函数后，socket会主动从连接套接字变为监听套接字。

accept()

TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就向TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); //返回连接connect_fd

accept()函数的三个参数分别为：

• sockfd：sockfd就是上面的监听套接字，这个套接字用来监听一个端口，当有一个客户与服务器连接时，它使用这个端口号，而此时这个端口号正与这个套接字关联。当然客户不知道套接字这些细节，它只知道一个地址和一个端口号。
• addr：这是一个结果参数，它用来接受一个返回值，这返回值指定客户端的地址，当然这个地址是通过某个地址结构来描述的，用户应该知道这一个什么样的地址结构。如果对客户的地址不感兴趣，那么可以把这个值设置为NULL。
• addrlen：它也是结果参数，用来接受上述addr的结构的大小的，它指明addr结构所占有的字节数大小。同样的，它也可以被设置为NULL。

如果accept成功返回，则服务器与客户已经正确建立连接了，此时服务器通过accept返回的套接字来完成与客户的通信。

accept()默认会阻塞进程，直到有一个客户连接建立后返回，它返回的是一个最新可用的套接字，这个套接字是连接套接字。

两种套接字
监听套接字: 监听套接字正如accept的参数sockfd，它是监听套接字，在调用listen函数之后，是服务器调用socket()函数生成的套接字，称为监听socket描述字(监听套接字)

连接套接字：调用listen()后，一个套接字会从主动连接的套接字变身为一个监听套接字；而accept()返回的是已连接socket描述字(一个连接套接字)，它代表着一个网络已经存在的点对点连接。

一个服务器通常只创建一个监听套接字，它在该服务器的生命周期内一直存在。内核为每个由服务器进程接受的客户连接创建了一个连接套接字，当服务器完成了对某个客户的服务，相应的连接套接字就被关闭。

**自然要问的是：为什么要有两种套接字？**原因很简单，如果使用一个描述字的话，那么它的功能太多，使得使用很不直观，同时在内核确实产生了一个这样的新的描述字。

连接套接字socketfd_new 并没有占用新的端口与客户端通信，依然使用的是与监听套接字socketfd一样的端口号。

read()、write()等

服务器与客户建立好连接后，就可以调用网络I/O进行读写操作了，网络I/O操作有下面几组：

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags, const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);

read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时，read返回实际所读的字节数，如果返回的值是0表示已经读到文件的结束了，小于0表示出现了错误。如果错误为 EINTR 说明读是由中断引起的，如果是 ECONNREST 表示网络连接出了问题。

write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd，成功返回写入的字节数。失败时返回 -1，并设置errno变量，如果错误为 EINTR 表示在写的时候出现了中断错误。如果为 EPIPE 表示网络连接出现了问题。

close()

在服务器与客户端建立连接之后，会进行一些读写操作，完成了读写操作就要关闭相应的socket描述字，好比操作完打开的文件要调用fclose关闭打开的文件。

int close(int fd);

close一个 TCP socket 的行为是把该socket标记为已关闭，然后立即返回到调用进程。该描述字不能再由调用进程使用，也就是说不能再作为read或write的第一个参数。

注意：close操作只是使相应socket描述字的引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。

客户端

socket()

客户端调用的socket()函数与服务器调用的socket()函数相同，区别在于客户端不用调用bind()为socket()返回的socket绑定一个地址。

connect()

客户端调用 connect() 发出连接请求。调用 connect() 时由系统随机生成一个端口号和自身的ip地址组合，并指定给socket。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

connect函数的第一个参数即为客户端的socket描述字，第二参数为服务器的socket地址，第三个参数为socket地址的长度。客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

read()、write()等
参见上文。

close()函数
参见上文。

建立TCP连接时各个系统调用的返回时机

从图中可以看出：

1. 当客户端调用connect时，触发了连接请求，向服务器发送了SYN J包，这时 connect 进入阻塞状态；
2. 服务器监听到连接请求，即收到 SYN J 包，调用accept函数接收请求向客户端发送 SYN K ，ACK J+1，这时 accept 进入阻塞状态；
3. 客户端收到服务器的 SYN K ，ACK J+1 之后，这时 connect 返回，并对SYN K进行确认；服务器收到 ACK K+1 时，accept返回，至此三次握手完毕，连接建立。

将套接字设置为非阻塞

  int x;
  x=fcntl(sockfd,F_GETFL,0);
  fcntl(sockfd,F_SETFL,x | O_NONBLOCK);

fcntl() 是对文件描述符进行操作的一个函数，F_GETFL表示获取属性，而F_SETFL表示设置属性。