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光之使者 发表于 2024-6-14 23:49:58

TCP（TCP客户端、服务器如何通信）

一、TCP先容

TCP的特点：


[*]面向连接的协议：TCP是一种可靠的、面向连接的协议，在通信之前需要创建连接，以确保数据的可靠传输。这意味着在传输数据之前，发送方和吸收方之间需要创建一条可靠的连接通道。
[*]流式协议：TCP将数据看作是连续串的字节流，而不是独立的数据包。这意味着在传输过程中，数据可以被分割成多个数据包举行传输，并在吸收端举行重新组装。
[*]可靠传输：TCP通过使用校验和、序列号和确认应答等机制，确保数据的可靠传输。如果在传输过程中发生错误或丢失，TCP会举行重传，以确保数据的完整性和正确性。
[*]出错重传：当TCP吸收到错误的数据包时，它会要求发送方重新发送该数据包，以确保数据的正确性。
[*]确认应答：TCP使用确认应答机制来确保数据的可靠传输。当吸收方收到一个数据包时，它会向发送方发送一个确认应答，表现已经收到了该数据包。
[*]服务器被动连接，客户端自动连接：在TCP连接中，服务器通常处于被动状态，等待客户端的连接请求。而客户端则处于自动状态，负责发起连接请求。一旦连接创建成功，双方就可以举行数据传输。  
TCP与UDP的差异

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/2151c38036ed4c19a22bfbff48d81f3b.png
TCP与UDP流程对比 

https://img-blog.csdnimg.cn/direct/b634502e70774561937fe12d302d5fcd.png
TCP编程流程 

服务器端流程：


[*]创建套接字（socket）：使用socket()函数创建一个套接字，指定使用的协议族（如IPv4或IPv6）和socket范例（如流式socket）。
[*]绑定套接字（bind）：使用bind()函数将套接字与服务器的网络信息（如IP地点和端标语）举行绑定。
[*]监听套接字（listen）：使用listen()函数将套接字设置为监听状态，准备吸收客户端的连接请求。
[*]接受连接（accept）：使用accept()函数阻塞等待客户端的连接请求，并返回一个新的套接字用于与该客户端举行通信。
[*]举行通信（recv/send）：使用recv()和send()函数与客户端举行数据的吸收和发送。
[*]关闭套接字（close）：通信完成后，使用close()函数关闭套接字，释放资源。
客户端流程：


[*]创建套接字（socket）：与服务器端相同，使用socket()函数创建一个套接字。
[*]连接服务器（connect）：使用connect()函数向服务器发起连接请求，指定服务器的IP地点和端标语。
[*]举行通信（send/recv）：连接创建后，使用send()和recv()函数与服务器举行数据的发送和吸收。
[*]关闭套接字（close）：通信完成后，使用close()函数关闭套接字，释放资源。
 二、TCP编程-socket

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);

功能：
    创建一个套接字，返回一个文件描述符
参数：
    domain：通信域，协议族
      AF_UNIX 本地通信
      AF_INET ipv4网络协议
      AF_INET6 ipv6网络协议
      AF_PACKET 底层接口
    type：套接字的类型
      SOCK_STREAM 流式套接字（tcp）
      SOCK_DGRAM 数据报套接字（udp）
      SOCK_RAW 原始套接字（用于链路层）
    protocol：附加协议，如果不需要，则设置为0

返回值：
    成功：文件描述符
    失败：‐1  案例
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char const *argv[])
{
    //通过socket函数创建一个TCP套接字
    int sockfd;
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
      perror("fail to socket");
      exit(1);
    }

    printf("sockfd = %d\n", sockfd);

    return 0;
}   这段代码演示了如何使用C语言创建一个TCP套接字。在代码中，首先通过socket()函数创建了一个套接字，指定了协议族为AF_INET（IPv4），套接字范例为SOCK_STREAM（TCP）。如果创建失败，则会输出错误信息并退出程序。如果创建成功，则会输出套接字的文件形貌符。最后，程序返回0表现正常退出。
 执行结果
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/2b10c9ba26514541a588e2b964b0bf6c.png
 三、TCP客户端-connect、send、recv

3.1 connect函数

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
功能：
    给服务器发送客户端的连接请求
参数：
    sockfd：文件描述符，socket函数的返回值
    addr：要连接的服务器的网络信息结构体（需要自己设置）
    addrlen：add的长度
返回值：
    成功：0
    失败：-1 留意：

[*]connect创建连接之后不会产生新的套接字
[*]连接成功后才可以开始传输TCP数据
[*]头文件：#include 
3.2 send函数

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

功能：
    发送数据
参数：
    sockfd：文件描述符

客户端：
    socket函数的返回值
服务器：
    accept函数的返回值

   buf：发送的数据
   len：buf的长度
   flags：标志位
       0 阻塞
       MSG_DONTWAIT 非阻塞

返回值：
    成功：发送的字节数
    失败：-1 留意： 不能用TCP协议发送0长度的数据包
3.3 recv函数

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
功能：
    接收数据
参数：
    sockfd：文件描述符
客户端：socket函数的返回值
服务器：accept函数的返回值
    buf：保存接收到的数据
    len：buf的长度
    flags：标志位
      0 阻塞
      MSG_DONTWAIT 非阻塞
返回值：
    成功：接收的字节数
    失败：-1
如果发送端关闭文件描述符或者关闭进程，则recv函数会返回0 3.4 客户端code

使用windows下的网络调试助手作为服务器
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/1fc0ae3466b0412497c8e9c3987290d2.png
客户端的程序 
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>

#define N 128

int main(int argc, char const *argv[])
{
    if(argc < 3)
    {
      fprintf(stderr, "Usage: %s \n", argv);
      exit(1);
    }

    //第一步：创建套接字
    int sockfd;
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
      perror("fail to socket");
      exit(1);
    }

    //printf("sockfd = %d\n", sockfd);

    //第二步：发送客户端连接请求
    struct sockaddr_in serveraddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);

    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv);
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv));

    if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) == -1)
    {
      perror("fail to connect");
      exit(1);
    }

    //第三步：进行通信
    //发送数据
    char buf = "";
    fgets(buf, N, stdin);
    buf = '\0';
    if(send(sockfd, buf, N, 0) == -1)
    {
      perror("fail to send");
      exit(1);
    }

    //接收数据
    char text = "";
    if(recv(sockfd, text, N, 0) == -1)
    {
      perror("fail to recv");
      exit(1);
    }

    printf("from server: %s\n", text);

    //第四步：关闭套接字文件描述符
    close(sockfd);

    return 0;
}   这段代码是一个简单的TCP客户端程序。它吸收两个命令行参数：服务器的IP地点和端标语。然后，程序会执行以下步调：

[*]创建一个TCP套接字。
[*]使用connect()函数向服务器发送连接请求。
[*]从尺度输入读取一行数据，并将其发送给服务器。
[*]吸收服务器返回的数据，并将其打印到尺度输出。
[*]关闭套接字文件形貌符。
 执行结果
 https://img-blog.csdnimg.cn/direct/7c11527c2eee4b6494fd0757cf70c2c9.png
四、TCP服务器-bind、listen、accept 

4.1 做为TCP服务器需要具备的条件

1、具备一个可以确知的地点
2、让操作系统知道是一个服务器，而不是客户端
3、等待连接的到来 对于面向连接的TCP协议来说，连接的创建才真正意味着数据通信的开始
4.2 bind函数

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
功能：
    将套接字与网络信息结构体绑定
参数：
    sockfd：文件描述符，socket的返回值
    addr：网络信息结构体
      通用结构体（一般不用）
      struct sockaddr
      网络信息结构体 sockaddr_in
#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in
addrlen：
    addr的长度
返回值：
    成功：0
    失败：-1  简单写个例子
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

int main() {
    // 创建一个流式套接字
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
      perror("socket");
      return -1;
    }

    // 初始化网络信息结构体
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(8080); // 绑定到8080端口
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定到任意IP地址

    // 将套接字与网络信息结构体绑定
    socklen_t addrlen = sizeof(addr);
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, addrlen) == -1) {
      perror("bind");
      return -1;
    }

    printf("Bind successful\n");

    // 关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}    在这个实例中，我们首先使用socket()函数
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
功能：
    阻塞等待客户端的连接请求
参数：
    sockfd：文件描述符，socket函数的返回值
    addr：接收到的客户端的信息结构体（自动填充，定义变量即可）
    addrlen：addr的长度
返回值：
    成功：新的文件描述符（只要有客户端连接，就会产生新的文件描述符，这个新的文件描述符专门与指定的客户端进行通信的）
    失败：-1创建了一个流式套接字，然后初始化了一个sockaddr_in结构体，将套接字绑定到8080端口和任意IP地点。最后，我们使用bind()函数将套接字与网络信息结构体绑定，如果绑定成功，则会输出"Bind successful"。
 4.3 listen函数

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
功能：
    将套接字设置为被动监听状态，这样做之后就可以接收到连接请求
参数：
    sockfd：文件描述符，socket函数返回值
    backlog：允许通信连接的主机个数，一般设置为5、10
返回值：
    成功：0
    失败：-1 4.4 accept函数

#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
功能：
    阻塞等待客户端的连接请求
参数：
    sockfd：文件描述符，socket函数的返回值
    addr：接收到的客户端的信息结构体（自动填充，定义变量即可）
    addrlen：addr的长度
返回值：
    成功：新的文件描述符（只要有客户端连接，就会产生新的文件描述符，这个新的文件描述符专门与指定的客户端进行通信的）
    失败：-1  4.5 TCP服务器例子

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

#define N 128

int main(int argc, char const *argv[])
{
    if(argc < 3)
    {
      fprintf(stderr, "Usage: %s \n", argv);
      exit(1);
    }

    //第一步：创建套接字
    int sockfd;
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
      perror("fail to socket");
      exit(1);
    }

    //第二步：将套接字与服务器网络信息结构体绑定
    struct sockaddr_in serveraddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);

    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv);
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv));

    if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) == -1)
    {
      perror("fail to bind");
      exit(1);
    }

    //第三步：将套接字设置为被动监听状态
    if(listen(sockfd, 10) == -1)
    {
      perror("fail to listen");
      exit(1);
    }

    //第四步：阻塞等待客户端的链接请求
    int acceptfd;
    struct sockaddr_in clientaddr;
    if((acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &addrlen)) == -1)
    {
      perror("fail to accept");
      exit(1);
    }

    //打印连接的客户端的信息
    printf("ip:%s, port:%d\n", inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), ntohs(clientaddr.sin_port));

    //第五步：进行通信
    //tcp服务器与客户端通信时，需要使用accept函数的返回值
    char buf = "";
    if(recv(acceptfd, buf, N, 0) == -1)
    {
      perror("fail to recv");
    }

    printf("from client: %s\n", buf);

    strcat(buf, " *_*");
    if(send(acceptfd, buf, N, 0) == -1)
    {
      perror("fail to send");
      exit(1);
    }

    //关闭套接字文件描述符
    close(acceptfd);
    close(sockfd);

    return 0;
}  
   
[*]创建一个TCP套接字。
[*]将套接字与服务器的IP地点和端标语绑定。
[*]将套接字设置为被动监听状态，等待客户端的连接请求。
[*]阻塞等待客户端的连接请求，并接受连接。
[*]打印连接的客户端的IP地点和端标语。
[*]吸收客户端发送的数据，并将其打印出来。
[*]向客户端发送数据。
[*]关闭与客户端的连接，并关闭套接字。
 执行结果
https://img-blog.csdnimg.cn/direct/fbc6911f035747b1b0efdb6782d37d4a.png
4.6  close关闭套接字

   
[*]使用close函数即可关闭套接字 关闭一个代表已连接套接字将导致另一端吸收到一个0长度的数据包
[*]做服务器时 1>关闭监听套接字将导致服务器无法吸收新的连接，但不会影响已经创建的连接 2>关闭accept返回的已连接套接字将导致它所代表的连接被关闭，但不会影响服务器 的监听
[*]做客户端时 关闭连接就是关闭连接，不意味着其他
 

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