Linux網絡編程之connect函數分析

在一個 CLIENT/SERVER模型的網絡應用中，客戶端的調用序列大致如下：

        socket -> connect -> recv/send -> close

        其中socket沒有什么可疑問的，主要是創建一個套接字用於與服務端交換數據，並且通常它會迅速返回，此時並沒有數據通過網卡發送出去，而緊隨其后的connect函數則會產生網絡數據的發送，TCP的三次握手也正是在此時開始，connect會先發送一個SYN包給服務端，並從最初始的CLOSED狀態進入到SYN_SENT狀態，在此狀態等待服務端的確認包，通常情況下這個確認包會很快到達，以致於我們根本無法使用netstat命令看到SYN_SENT狀態的存在，不過我們可以做一個極端情況的模擬，讓客戶端去連接一個隨意指定服務器（如IP地址為88.88.88.88），因為該服務器很明顯不會反饋給我們SYN包的確認包(SYN ACK)，客戶端就會在一定時間內處於SYN_SENT狀態，並在預定的超時時間（比如3分鍾）之后從connect函數返回，connect調用一旦失敗(沒能到達ESTABLISHED狀態)這個套接字便不可用，若要再次調用connect函數則必須要重新使用socket函數創建新的套接字。

下面結合實例分析，客戶端代碼如下：

/**
 * client.c
 *
 * TCP client program, it is a simple example only.
 * Writen By: Zhou Jianchun
 * Date: 2011.08.11
 *
 * Compiled With: gcc -o client client.c
 * Tested On: Ubuntu 11.04 LTS
 * gcc version: 4.5.2
 *
 */

#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define SERVER_PORT 20000

void usage(char *name)
{
    printf("usage: %s IP\n", name);
}
int main(int argc, char **argv)
{
    int server_fd, client_fd, length = 0;
    struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
    socklen_t socklen = sizeof(server_addr);

    if(argc < 2)
    {
        usage(argv[0]);
        exit(1);
    }
    if((client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
    {
        printf("create socket error, exit!\n");
        exit(1);
    }
    srand(time(NULL));
    bzero(&client_addr, sizeof(client_addr));
    client_addr.sin_family = AF_INET;
    client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);

    bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    inet_aton(argv[1], &server_addr.sin_addr);
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);

    if(connect(client_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, socklen) < 0)
    {
        printf("can not connect to %s, exit!\n", argv[1]);
        printf("%s\n", strerror(errno));
        exit(1);
    }
    return 0;
}

編譯完成之后執行：

zhou@neptune:~/data/source$ ./client 88.88.88.88

此時程序會在connect函數中阻塞等待，約180秒之后輸出：

can not connect to 88.88.88.88, exit!
Connection timed out

此刻connect的返回值為ETIMEOUT。

在此過程中我們可以用netstat命令查詢連接狀態：

zhou@neptune:~/data/source$ sudo netstat -natp |grep 20000
tcp        0      1 192.168.0.4:44203       88.88.88.88:20000       SYN_SENT    5954/client

可以看到此時的TCP連接狀態為SYN_SENT，也就意味着發送了SYN包之后一直未得到服務端回饋SYN ACK包。

接下來我們使用這個客戶端程序來連接自己的機器，測試時我的IP地址是192.168.0.4，是一個無線局域網，結果如下：

zhou@neptune:~/data/source$ ./client 192.168.0.4
can not connect to 192.168.0.4, exit!
Connection refused

因為我的機器上並沒有跑在指定端口（20000）上監聽的服務端程序，所以這個連接直接被協議棧拒絕(通過發送RST類型的TCP包），connect立刻返回，返回值為ECONNREFUSED。

再來看看去連接同一局域網中一台不存在的主機時的情形，比如這台想象的主機的IP地址為192.168.0.188:

zhou@neptune:~/data/source$ ./client 192.168.0.188
can not connect to 192.168.0.188, exit!
No route to host

因為本地局域網中的該主機並不存在，ARP請求得不到回應，網關會回應主機不可達的ICMP報文，connect返回EHOSTUNREACH。

至此connect函數的分析就結束了，由於本人水平有限，博客中的不妥或錯誤之處在所難免，殷切希望讀者批評指正。同時也歡迎讀者共同探討相關的內容，如果樂意交流的話請留下您寶貴的意見，謝謝。

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