Linux学习-网络TCP

BoBo_oBoB7772024-04-17 17:03

TCP通信

TCP发端:

socket

connect

send

recv

close

TCP收端:

socket

bind

listen

accept

send

recv

close

1.connect

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,

socklen_t addrlen);

功能:

发送链接请求

参数:

sockfd:套接字文件描述符

addr:目的地址存放空间首地址

addrlen:IP地址的大小

返回值:

成功返回0

失败返回-1

2.send

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

buf:发送数据空间首地址

len:发送数据的长度

flags:属性默认为0

返回值:

成功返回实际发送字节数

失败返回-1

3.recv

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

功能:

接收数据

参数:

sockfd:套接字文件描述符

buf:存放数据空间首地址

len:最大接收数据的长度

flags:属性默认为0

返回值:

成功返回实际接收字节数

失败返回-1

如果对方退出,返回0

4.listen

int listen(int sockfd, int backlog);

功能:

监听客户端发送的连接请求

该函数不会阻塞

参数:

sockfd:套接字文件描述符

backlog:允许等待的尚未被处理的三次握手请求的最大个数

返回值:

成功返回0

失败返回-1

5.accept

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

功能:

处理等待连接队列中的第一个连接请求

该函数具有阻塞功能(如果没有人发送链接请求，会阻塞等待)

参数:

socket:套接字文件描述符

address:存放IP地址的空间首地址

addrlen:存放IP地址大小空间首地址

返回值:

成功返回一个新的文件描述符（为了不影响继续和其他人进行链接通信，会返回一个新的套接字专门对这个连接的IP继续进行通讯）

失败返回-1

TCP包头

1.序号:发送端发送数据包的编号

2.确认号:已经确认接收到的数据的编号(只有当ACK为1时,确认号才有用)

（ACK不算序列号）

TCP为什么安全可靠:

1.在通信前建立三次握手连接

SYN

SYN+ACK

ACK

2.在通信过程中通过序列号和确认号保障数据传输的完整性

本次发送序列号:上次收到的确认号

本次发送确认号:上次接收到的序列号 + 实际接收的数据长度

在传输过程中使用滑动窗口实现流量控制

3.在通信结束时使用四次挥手结束连接保障数据传输的完整性

UDP和TCP的区别:

1.UDP和TCP都是传输层的协议

2.UDP实现机制简单、资源开销小、不安全不可靠

3.TCP实现机制复杂、资源开销大、安全可靠

4.UDP是无连接的、TCP有连接的、UDP是以数据包形式传输、TCP是以流的方式传输

爬取天气（HTTP）

URL：http://api.k780.com/?app=weather.today\&weaid=西安\&appkey=44923\&sign=c9815919d111da6c2c9ca64a304f640b\&format=json

注意:

appkey:换成自己的APPKey

sign:换成自己的sign标识

HTTP:

1.URL

<协议>://<主机>:<端口>/<路径>

协议：HTTP 80 TCP

HTTPS 443 TCP

主机: 域名 -> 域名解析服务器 -> IP地址

端口： 可以省略, HTTP 80

HTTPS 443

路径: 想要获得对应的资源

2.HTTP交互过程:

1.建立TCP连接

2.发送HTTP请求报文

3.回复HTTP相应报文

4.关闭TCP连接

网站IP:103.205.5.228:80

请求报文格式:

GET /?app=weather.today&weaid=%E8%A5%BF%E5%AE%89&appkey=44923&sign=c9815919d111da6c2c9ca64a304f640b&format=json HTTP/1.1\r\n

Host: api.k780.com\r\n

User-Agent: Mozilla/5.0 (X11; Ubuntu; Linux x86_64; rv:109.0) Gecko/20100101 Firefox/113.0\r\n

Accept: text/html,application/xhtml+xml,application/xml;q=0.9,image/avif,image/webp,*/*;q=0.8\r\n

Accept-Language: en-US,en;q=0.5\r\n

Connection: keep-alive\r\n\r\n

响应报文格式:

HTTP/1.1 200 OK\r\n

Server: nginx\r\n

Date: Fri, 08 Mar 2024 06:33:44 GMT\r\n

Content-Type: application/json; charset=utf-8;\r\n

Transfer-Encoding: chunked\r\n

Connection: keep-alive\r\n

Access-Control-Allow-Origin: *\r\n

\r\n

{"success":"1","result":{"weaid":"316","days":"2024-03-08","week":".........","cityno":"xian","citynm":"......","cityid":"101110101","temperature":"13.../0...","temperature_curr":"12...","humidity":"29%","aqi":"65","weather":"............","weather_curr":"...","weather_icon":"http://api.k780.com/upload/weather/d/0.gif","weather_icon1":"","wind":"......","winp":"2...","temp_high":"13","temp_low":"0","temp_curr":"12","humi_high":"0","humi_low":"0","weatid":"1","weatid1":"","windid":"4","winpid":"2","weather_iconid":"0"}}\r\n

cjson解析

见菜鸟教程

TCP并发模型

1.TCP多线程模型:

缺点:

1.创建线程会带来资源开销,能够实现的并发量比较有限

2.IO模型:

1.阻塞IO:

没有数据到来时,可以让任务挂起,节省CPU资源开销,提高系统效率

2.非阻塞IO:

程序未接收到数据时一直执行,效率很低

3.异步IO

只能绑定一个文件描述符用来读取数据

4.多路复用IO

select

1.select监听的集合中的文件描述符有上限限制

2.select有内核层向用户层数据空间拷贝的过程,占用系统资源开销

3.select必须轮询检测产生事件的文件描述符

4.select只能工作在水平触发模式(低速模式),无法工作在边沿触发(高速模式)

poll

1.poll有内核层向用户层数据空间拷贝的过程,占用系统资源开销

2.poll必须轮询检测产生事件的文件描述符

3.poll只能工作在水平触发模式(低速模式),无法工作在边沿触发(高速模式)

epoll

3.函数接口:

1.select

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,

fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

功能:

select监听文件描述符集合中是否有文件描述编程ready状态

功能:

nfds:最大文件描述符的值+1

readfds:读文件描述符集合

writefds:写文件描述符集合

exceptfds:其余文件描述符集合

timeout:等待的时长

NULL 一直等待

返回值:

成功返回文件描述符集合中的文件描述符个数

失败返回-1

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);

功能:

将文件描述符fd从集合中清除

int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

功能:

判断文件描述符fd是否仍在集合中

void FD_SET(int fd, fd_set *set);

功能:

将文件描述符fd加入到集合中

void FD_ZERO(fd_set *set);

功能:

将文件描述符集合清0

send.c

复制代码 
#include "head.h"

int CreateListenSocket(char *pip, int port)
{
	int ret = 0;
	int sockfd = 0;
	struct sockaddr_in seraddr;

	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("fail to socket");
		return -1;
	}

	seraddr.sin_family = AF_INET;
	seraddr.sin_port = htons(port);
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(pip);
	ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (-1 == ret)
	{
		perror("fail to bind");
		return -1;
	}

	ret = listen(sockfd, 10);
	if (-1 == ret)
	{
		perror("fail to listen");
		return -1;
	}

	return sockfd;
}

int HandleTcpClient(int confd)
{
	char tmpbuff[4096] = {0};
	ssize_t nsize = 0;

	memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
	nsize = recv(confd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0);
	if (-1 == nsize)
	{
		perror("fail to recv");
		return -1;
	}
	else if (0 == nsize)
	{
		return 0;
	}

	sprintf(tmpbuff, "%s ----echo", tmpbuff);
	nsize = send(confd, tmpbuff, strlen(tmpbuff), 0);
	if (-1 == nsize)
	{
		perror("fail to send");
		return -1;
	}

	return nsize;
}

int main(void)
{
	int sockfd = 0;
	int confd = 0;
	fd_set rdfds;
	fd_set tmpfds;
	int maxfd = 0;
	int ret = 0;
	int i = 0;

	sockfd = CreateListenSocket("192.168.1.183", 50000);
	
	FD_ZERO(&rdfds);
	FD_SET(sockfd, &rdfds);
	maxfd = sockfd;

	while (1)
	{
		tmpfds = rdfds;
		ret = select(maxfd+1, &tmpfds, NULL, NULL, NULL);
		if (-1 == ret)
		{
			perror("fail to select");
			return -1;
		}
		
		if (FD_ISSET(sockfd, &tmpfds))
		{
			confd = accept(sockfd, NULL, NULL);
			if (-1 == confd)
			{
				perror("fail to accept");
				FD_CLR(sockfd, &rdfds);
				close(sockfd);
				continue;
			}

			FD_SET(confd, &rdfds);
			maxfd = maxfd > confd ? maxfd : confd;
		}
		
		for (i = sockfd+1; i <= maxfd; i++)
		{
			if (FD_ISSET(i, &tmpfds))
			{
				ret = HandleTcpClient(i);
				if (-1 == ret)
				{
					fprintf(stderr, "handle client failed!\n");
					FD_CLR(i, &rdfds);
					close(i);
					continue;
				}
				else if (0 == ret)
				{
					fprintf(stderr, "client disconnected!\n");
					FD_CLR(i, &rdfds);
					close(i);
					continue;
				}
			}
		}
	}

	close(confd);
	close(sockfd);

	return 0;
}

recv.c

复制代码 
#include "head.h"

int CreateTcpClient(char *pip, int port)
{
	int ret = 0;
	int sockfd = 0;
	struct sockaddr_in seraddr;

	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (-1 == sockfd)
	{
		perror("fail to socket");
		return -1;
	}
	
	seraddr.sin_family = AF_INET;
	seraddr.sin_port = htons(port);
	seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(pip);
	ret = connect(sockfd, (struct sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));
	if (-1 == ret)
	{
		perror("fail to connect");
		return -1;
	}
	
	return sockfd;
}

int main(void)
{
	int sockfd = 0;
	char tmpbuff[4096] = {"hello world"};
	int cnt = 0;
	ssize_t nsize = 0;

	sockfd = CreateTcpClient("192.168.1.183", 50000);
	
	while (1)
	{
		memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
		sprintf(tmpbuff, "hello world --- %d", cnt);
		cnt++;
		nsize = send(sockfd, tmpbuff, strlen(tmpbuff), 0);
		if (-1 == nsize)
		{
			perror("fail to send");
			return -1;
		}

		memset(tmpbuff, 0, sizeof(tmpbuff));
		nsize = recv(sockfd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0);
		if (-1 == nsize)
		{
			perror("fail to recv");
			return -1;
		}

		printf("RECV:%s\n", tmpbuff);
	}

	close(sockfd);

	return 0;
}

2.poll

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

功能:

监听文件描述符集合是否有事件发生

参数:

fds:监听文件描述符集合数组空间首地址

nfds:监听文件描述符集合元素个数

timeout:等待的时间（-1 一直等待）

返回值:

成功返回产生事件的文件描述符个数

失败返回-1

struct pollfd {

int fd; /* file descriptor */

short events; /* requested events */

short revents; /* returned events */

};

fd:监听的文件描述符

events:要监听的事件 POLLIN:是否可读 POLLOUT:是否可写

revents:实际产生的事件

3.epoll

int epoll_create(int size);

功能:

创建一张内核事件表

参数:

size:事件的个数

返回值:

成功返回文件描述符

失败返回-1

epoll_ctl

int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

功能:

维护epoll时间表

参数:

epfd:事件表的文件描述符

op:

EPOLL_CTL_ADD 添加事件

EPOLL_CTL_MOD 修改事件

EPOLL_CTL_DEL 删除事件

fd:

操作的文件描述符

event:

事件对应的事件

typedef union epoll_data {

void *ptr;

int fd;

uint32_t u32;

uint64_t u64;

} epoll_data_t;

struct epoll_event {

uint32_t events; /* Epoll events */

epoll_data_t data; /* User data variable */

};

返回值:

成功返回0

失败返回-1

epoll_wait

int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,

int maxevents, int timeout);

功能:

监听事件表中的事件

参数:

epfd: 述符

events:存放实际产生事件的数组空间首地址

maxevents:最多存放事件的个数

timeout:设定监听的时间（超过该时间则不再监听）

-1 一直监听直到有事件发生

返回值:

成功返回产生事件的文件描述符个数

失败返回-1

如果时间达到仍没有事件发生返回0

还可以直接监听函数。，直接将 typedef union epoll_data {

void *ptr;

int fd;

uint32_t u32;

uint64_t u64;

} epoll_data_t;使用void *ptr

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