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编程问答

TCP网络编程中connect()、listen()和accept()三者之间的关系

發布時間：2025/3/21 编程问答 34 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了 TCP网络编程中connect()、listen()和accept()三者之间的关系小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

https://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/45621341

基于 TCP 的網絡編程開發分為服務器端和客戶端兩部分，常見的核心步驟和流程如下：

連接詳情：

?

connect()函數

對于客戶端的 connect() 函數，該函數的功能為客戶端主動連接服務器，建立連接是通過三次握手，而這個連接的過程是由內核完成，不是這個函數完成的，這個函數的作用僅僅是通知 Linux 內核，讓 Linux 內核自動完成?TCP 三次握手連接（三次握手詳情，請看《淺談 TCP 三次握手》），最后把連接的結果返回給這個函數的返回值（成功連接為0，失敗為-1）。

通常的情況，客戶端的?connect() 函數默認會一直阻塞，直到三次握手成功或超時失敗才返回（正常的情況，這個過程很快完成）。

listen()函數

對于服務器，它是被動連接的。舉一個生活中的例子，通常的情況下，移動的客服（相當于服務器）是等待著客戶（相當于客戶端）電話的到來。而這個過程，需要調用listen()函數。

#include<sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

listen() 函數的主要作用就是將套接字(?sockfd?)變成被動的連接監聽套接字（被動等待客戶端的連接），至于參數 backlog 的作用是設置內核中連接隊列的長度（這個長度有什么用，后面做詳細的解釋），TCP 三次握手也不是由這個函數完成，listen()的作用僅僅告訴內核一些信息。

這里需要注意的是，listen()函數不會阻塞，它主要做的事情為，將該套接字和套接字對應的連接隊列長度告訴 Linux 內核，然后，listen()函數就結束。

這樣的話，當有一個客戶端主動連接（connect()），Linux 內核就自動完成TCP 三次握手，將建立好的鏈接自動存儲到隊列中，如此重復。

所以，只要 TCP 服務器調用了 listen()，客戶端就可以通過 connect() 和服務器建立連接，而這個連接的過程是由內核完成。

下面為測試的服務器和客戶端代碼，運行程序時，要先運行服務器，再運行客戶端：

服務器：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

unsigned short port = 8000;

int sockfd;

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創建通信端點：套接字

if(sockfd < 0)

{

perror("socket");

exit(-1);

}

struct sockaddr_in my_addr;

bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));

my_addr.sin_family = AF_INET;

my_addr.sin_port = htons(port);

my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));

if( err_log != 0)

{

perror("binding");

close(sockfd);

exit(-1);

}

err_log = listen(sockfd, 10);

if(err_log != 0)

{

perror("listen");

close(sockfd);

exit(-1);

}

printf("listen client @port=%d...\n",port);

sleep(10); // 延時10s

system("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態

return 0;

}

客戶端：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

unsigned short port = 8000; // 服務器的端口號

char *server_ip = "10.221.20.12"; // 服務器ip地址

int sockfd;

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創建通信端點：套接字

if(sockfd < 0)

{

perror("socket");

exit(-1);

}

struct sockaddr_in server_addr;

bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服務器地址

server_addr.sin_family = AF_INET;

server_addr.sin_port = htons(port);

inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);

//server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(server_ip);

int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));

// 主動連接服務器

if(err_log != 0)

{

perror("connect");

close(sockfd);

exit(-1);

}

system("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態

while(1);

return 0;

}

運行程序時，要先運行服務器，再運行客戶端，運行結果如下：

三次握手的連接隊列

這里詳細的介紹一下 listen() 函數的第二個參數（?backlog）的作用：告訴內核連接隊列的長度。

為了更好的理解 backlog 參數，我們必須認識到內核為任何一個給定的監聽套接口維護兩個隊列：

1、未完成連接隊列（incomplete connection queue），每個這樣的 SYN 分節對應其中一項：已由某個客戶發出并到達服務器，而服務器正在等待完成相應的 TCP?三次握手過程。這些套接口處于 SYN_RCVD 狀態。

2、已完成連接隊列（completed connection queue），每個已完成 TCP?三次握手過程的客戶對應其中一項。這些套接口處于 ESTABLISHED 狀態。

當來自客戶的 SYN 到達時，TCP 在未完成連接隊列中創建一個新項，然后響應以三次握手的第二個分節：服務器的 SYN 響應，其中稍帶對客戶 SYN 的 ACK（即SYN+ACK），這一項一直保留在未完成連接隊列中，直到三次握手的第三個分節（客戶對服務器 SYN 的 ACK ）到達或者該項超時為止（曾經源自Berkeley的實現為這些未完成連接的項設置的超時值為75秒）。

如果三次握手正常完成，該項就從未完成連接隊列移到已完成連接隊列的隊尾。

backlog 參數歷史上被定義為上面兩個隊列的大小之和，大多數實現默認值為 5，當服務器把這個完成連接隊列的某個連接取走后，這個隊列的位置又空出一個，這樣來回實現動態平衡，但在高并發 web 服務器中此值顯然不夠。

accept()函數

accept()函數功能是，從處于 established 狀態的連接隊列頭部取出一個已經完成的連接，如果這個隊列沒有已經完成的連接，accept()函數就會阻塞，直到取出隊列中已完成的用戶連接為止。

如果，服務器不能及時調用 accept() 取走隊列中已完成的連接，隊列滿掉后會怎樣呢？UNP（《unix網絡編程》）告訴我們，服務器的連接隊列滿掉后，服務器不會對再對建立新連接的syn進行應答，所以客戶端的 connect 就會返回 ETIMEDOUT。但實際上Linux的并不是這樣的！

下面為測試代碼，服務器 listen() 函數只指定隊列長度為 2，客戶端有 6 個不同的套接字主動連接服務器，同時，保證客戶端的 6 個 connect()函數都先調用完畢，服務器的 accpet() 才開始調用。

服務器：

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

#include <arpa/inet.h>

int main(int argc, char *argv[])

{

unsigned short port = 8000;

int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

if(sockfd < 0)

{

perror("socket");

exit(-1);

}

struct sockaddr_in my_addr;

bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));

my_addr.sin_family = AF_INET;

my_addr.sin_port = htons(port);

my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));

if( err_log != 0)

{

perror("binding");

close(sockfd);

exit(-1);

}

err_log = listen(sockfd, 2); // 等待隊列為2

if(err_log != 0)

{

perror("listen");

close(sockfd);

exit(-1);

}

printf("after listen\n");

sleep(20); //延時 20秒

printf("listen client @port=%d...\n",port);

int i = 0;

while(1)

{

struct sockaddr_in client_addr;

char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";

socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);

int connfd;

connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);

if(connfd < 0)

{

perror("accept");

continue;

}

inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);

printf("-----------%d------\n", ++i);

printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(client_addr.sin_port));

char recv_buf[512] = {0};

while( recv(connfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0) > 0 )

{

printf("recv data ==%s\n",recv_buf);

break;

}

close(connfd); //關閉已連接套接字

//printf("client closed!\n");

}

close(sockfd); //關閉監聽套接字

return 0;

}

客戶端：

#include <stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <string.h>

#include <stdlib.h>

#include <arpa/inet.h>

#include <sys/socket.h>

#include <netinet/in.h>

void test_connect()

{

unsigned short port = 8000; // 服務器的端口號

char *server_ip = "10.221.20.12"; // 服務器ip地址

int sockfd;

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 創建通信端點：套接字

if(sockfd < 0)

{

perror("socket");

exit(-1);

}

struct sockaddr_in server_addr;

bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服務器地址

server_addr.sin_family = AF_INET;

server_addr.sin_port = htons(port);

inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);

int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)); // 主動連接服務器

if(err_log != 0)

{

perror("connect");

close(sockfd);

exit(-1);

}

printf("err_log ========= %d\n", err_log);

char send_buf[100]="this is for test";

send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0); // 向服務器發送信息

system("netstat -an | grep 8000"); // 查看連接狀態

//close(sockfd);

}

int main(int argc, char *argv[])

{

pid_t pid;

pid = fork();

if(0 == pid){

test_connect(); // 1

pid_t pid = fork();

if(0 == pid){

test_connect(); // 2

}else if(pid > 0){

test_connect(); // 3

}

}else if(pid > 0){

test_connect(); // 4

pid_t pid = fork();

if(0 == pid){

test_connect(); // 5

}else if(pid > 0){

test_connect(); // 6

}

while(1);

return 0;

}

同樣是先運行服務器，在運行客戶端，服務器 accept()函數前延時了 20 秒，保證了客戶端的 connect() 全部調用完畢后再調用 accept(),運行結果如下：

服務器運行效果圖：

客戶端運行效果圖：

按照 UNP 的說法，連接隊列滿后（這里設置長度為 2，發了 6 個連接），以后再調用 connect() 應該統統超時失敗，但實際上測試結果是：有的 connect()立刻成功返回了，有的經過明顯延遲后成功返回了。對于服務器 accpet() 函數也是這樣的結果：有的立馬成功返回，有的延遲后成功返回。

對于上面服務器的代碼，我們把lisen()的第二個參數改為 0 的數，重新運行程序，發現：

客戶端 connect() 全部返回連接成功（有些會延時）：

服務器 accpet() 函數卻不能把連接隊列的所有連接都取出來：

對于上面服務器的代碼，我們把lisen()的第二個參數改為大于 6 的數(如 10)，重新運行程序，發現，客戶端 connect() 立馬返回連接成功，服務器 accpet() 函數也立馬返回成功。

TCP 的連接隊列滿后，Linux 不會如書中所說的拒絕連接，只是有些會延時連接，而且accept()未必能把已經建立好的連接全部取出來（如：當隊列的長度指定為 0 ），寫程序時服務器的 listen() 的第二個參數最好還是根據需要填寫，寫太大不好（具體可以看cat /proc/sys/net/core/somaxconn，默認最大值限制是 128），浪費資源，寫太小也不好，延時建立連接。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的TCP网络编程中connect()、listen()和accept()三者之间的关系的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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