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

TCP与UDP流程对比 

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

1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/socket.h>
3. int socket(int domain, int type, int protocol);
5. 功能：
6.     创建一个套接字，返回一个文件描述符
7. 参数：
8.     domain：通信域，协议族
9.       AF_UNIX 本地通信
10.       AF_INET ipv4网络协议
11.       AF_INET6 ipv6网络协议
12.       AF_PACKET 底层接口
13.     type：套接字的类型
14.       SOCK_STREAM 流式套接字（tcp）
15.       SOCK_DGRAM 数据报套接字（udp）
16.       SOCK_RAW 原始套接字（用于链路层）
17.     protocol：附加协议，如果不需要，则设置为0
19. 返回值：
20.     成功：文件描述符
21.     失败：‐1

复制代码

 案例

1. #include <stdio.h>
2. #include <sys/types.h>
3. #include <sys/socket.h>
4. #include <stdlib.h>
6. int main(int argc, char const *argv[])
7. {
8.     //通过socket函数创建一个TCP套接字
9.     int sockfd;
10.     if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
11.     {
12.         perror("fail to socket");
13.         exit(1);
14.     }
16.     printf("sockfd = %d\n", sockfd);
18.     return 0;
19. }

复制代码

  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

 三、TCP客户端-connect、send、recv

3.1 connect函数

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

复制代码

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

1. #include <sys/types.h>
2. #include <sys/socket.h>
3. ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
5. 功能：
6.     发送数据
7. 参数：
8.     sockfd：文件描述符
10. 客户端：
11.     socket函数的返回值
12. 服务器：
13.     accept函数的返回值
15.      buf：发送的数据
16.      len：buf的长度
17.      flags：标志位
18.        0 阻塞
19.        MSG_DONTWAIT 非阻塞
21. 返回值：
22.     成功：发送的字节数
23.     失败：-1

复制代码

留意： 不能用TCP协议发送0长度的数据包
3.3 recv函数

1. #include <sys/types.h>
3. #include <sys/socket.h>
4. ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
5. 功能：
6.     接收数据
7. 参数：
8.     sockfd：文件描述符
9. 客户端：socket函数的返回值
10. 服务器：accept函数的返回值
11.     buf：保存接收到的数据
12.     len：buf的长度
13.     flags：标志位
14.       0 阻塞
15.       MSG_DONTWAIT 非阻塞
16. 返回值：
17.     成功：接收的字节数
18.     失败：-1
19. 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

复制代码

3.4 客户端code

使用windows下的网络调试助手作为服务器

客户端的程序 

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <unistd.h>
4. #include <sys/types.h>
5. #include <sys/socket.h>
6. #include <arpa/inet.h>
7. #include <netinet/in.h>
8. #include <string.h>
10. #define N 128
12. int main(int argc, char const *argv[])
13. {
14.     if(argc < 3)
15.     {
16.         fprintf(stderr, "Usage: %s [ip] [port]\n", argv[0]);
17.         exit(1);
18.     }
20.     //第一步：创建套接字
21.     int sockfd;
22.     if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
23.     {
24.         perror("fail to socket");
25.         exit(1);
26.     }
28.     //printf("sockfd = %d\n", sockfd);
30.     //第二步：发送客户端连接请求
31.     struct sockaddr_in serveraddr;
32.     socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
34.     serveraddr.sin_family = AF_INET;
35.     serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
36.     serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
38.     if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) == -1)
39.     {
40.         perror("fail to connect");
41.         exit(1);
42.     }
44.     //第三步：进行通信
45.     //发送数据
46.     char buf[N] = "";
47.     fgets(buf, N, stdin);
48.     buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
49.     if(send(sockfd, buf, N, 0) == -1)
50.     {
51.         perror("fail to send");
52.         exit(1);
53.     }
55.     //接收数据
56.     char text[N] = "";
57.     if(recv(sockfd, text, N, 0) == -1)
58.     {
59.         perror("fail to recv");
60.         exit(1);
61.     }
63.     printf("from server: %s\n", text);
65.     //第四步：关闭套接字文件描述符
66.     close(sockfd);
68.     return 0;
69. }

复制代码

  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
 

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

1. #include <sys/types.h>
3. #include <sys/socket.h>
4. int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
5. 功能：
6.     将套接字与网络信息结构体绑定
7. 参数：
8.     sockfd：文件描述符，socket的返回值
9.     addr：网络信息结构体
10.       通用结构体（一般不用）
11.       struct sockaddr
12.       网络信息结构体 sockaddr_in
13. #include <netinet/in.h>
14. struct sockaddr_in
15. addrlen：
16.     addr的长度
17. 返回值：
18.     成功：0
19.     失败：-1

复制代码

 简单写个例子

1. #include <stdio.h>
2. #include <sys/types.h>
3. #include <sys/socket.h>
4. #include <netinet/in.h>
6. int main() {
7.     // 创建一个流式套接字
8.     int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
9.     if (sockfd == -1) {
10.         perror("socket");
11.         return -1;
12.     }
14.     // 初始化网络信息结构体
15.     struct sockaddr_in addr;
16.     addr.sin_family = AF_INET;
17.     addr.sin_port = htons(8080); // 绑定到8080端口
18.     addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定到任意IP地址
20.     // 将套接字与网络信息结构体绑定
21.     socklen_t addrlen = sizeof(addr);
22.     if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, addrlen) == -1) {
23.         perror("bind");
24.         return -1;
25.     }
27.     printf("Bind successful\n");
29.     // 关闭套接字
30.     close(sockfd);
32.     return 0;
33. }

复制代码

   在这个实例中，我们首先使用socket()函数

1. #include <sys/types.h> /* See NOTES */
2. #include <sys/socket.h>
3. int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
4. 功能：
5.     阻塞等待客户端的连接请求
6. 参数：
7.     sockfd：文件描述符，socket函数的返回值
8.     addr：接收到的客户端的信息结构体（自动填充，定义变量即可）
9.     addrlen：addr的长度
10. 返回值：
11.     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）
12.     失败：-1

复制代码

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

1. #include <sys/types.h> /* See NOTES */
2. #include <sys/socket.h>
3. int listen(int sockfd, int backlog);
4. 功能：
5.     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
6. 参数：
7.     sockfd：文件描述符，socket函数返回值
8.     backlog：允许通信连接的主机个数，一般设置为5、10
9. 返回值：
10.     成功：0
11.     失败：-1

复制代码

4.4 accept函数

1. #include <sys/types.h> /* See NOTES */
2. #include <sys/socket.h>
3. int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
4. 功能：
5.     阻塞等待客户端的连接请求
6. 参数：
7.     sockfd：文件描述符，socket函数的返回值
8.     addr：接收到的客户端的信息结构体（自动填充，定义变量即可）
9.     addrlen：addr的长度
10. 返回值：
11.     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）
12.     失败：-1

复制代码

 4.5 TCP服务器例子

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <unistd.h>
4. #include <sys/types.h>
5. #include <sys/socket.h>
6. #include <arpa/inet.h>
7. #include <netinet/in.h>
8. #include <string.h>
10. #define N 128
12. int main(int argc, char const *argv[])
13. {
14.     if(argc < 3)
15.     {
16.         fprintf(stderr, "Usage: %s [ip] [port]\n", argv[0]);
17.         exit(1);
18.     }
20.     //第一步：创建套接字
21.     int sockfd;
22.     if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
23.     {
24.         perror("fail to socket");
25.         exit(1);
26.     }
28.     //第二步：将套接字与服务器网络信息结构体绑定
29.     struct sockaddr_in serveraddr;
30.     socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
32.     serveraddr.sin_family = AF_INET;
33.     serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
34.     serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
36.     if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) == -1)
37.     {
38.         perror("fail to bind");
39.         exit(1);
40.     }
42.     //第三步：将套接字设置为被动监听状态
43.     if(listen(sockfd, 10) == -1)
44.     {
45.         perror("fail to listen");
46.         exit(1);
47.     }
49.     //第四步：阻塞等待客户端的链接请求
50.     int acceptfd;
51.     struct sockaddr_in clientaddr;
52.     if((acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &addrlen)) == -1)
53.     {
54.         perror("fail to accept");
55.         exit(1);
56.     }
58.     //打印连接的客户端的信息
59.     printf("ip:%s, port:%d\n", inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), ntohs(clientaddr.sin_port));
61.     //第五步：进行通信
62.     //tcp服务器与客户端通信时，需要使用accept函数的返回值
63.     char buf[N] = "";
64.     if(recv(acceptfd, buf, N, 0) == -1)
65.     {
66.         perror("fail to recv");
67.     }
69.     printf("from client: %s\n", buf);
71.     strcat(buf, " *_*");
72.     if(send(acceptfd, buf, N, 0) == -1)
73.     {
74.         perror("fail to send");
75.         exit(1);
76.     }
78.     //关闭套接字文件描述符
79.     close(acceptfd);
80.     close(sockfd);
82.     return 0;
83. }

复制代码

 
   

• 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

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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