linux下的网络编程：TCP（传输控制协议）编程

一、TCP概述

（一）特点

面向数据包
无连接
尽最大努力交付，不安全不可靠（数据丢包、数据乱序）
机制简单，资源开销小，数据实时性高
可实现一对一、一对多的通信

（二）TCP机制 ------------"三次握手和四次挥手"

各标志位

SYN ：请求建立连接标志位
ACK ：响应报文标志位
FIN ：请求断开连接标志位

1）三次握手：TCP建立连接时，需要进行三次握手，为了确保收发双方通信之前都已准备就绪。

2）TCP四次挥手：TCP断开连接时，需要进行四次挥手，确保断开连接前双方都已通信结束。

二、TCP的编程过程

（一)TCP编程流程图

（二）核心函数

1.连接函数

|------|---------------------------------------------------------------------------|
| 连接函数 | int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); |
| 功能 | 请求与服务端建立连接 |
| 参数 | sockfd：套接字 addr：要连接的服务端的地址信息 addrlen：服务端地址大小 |
| 返回值 | 成功：0 失败：-1 |

2.发送函数

|------|--------------------------------------------------------------------|
| 发送函数 | ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); |
| 功能 | 发送网络数据 |
| 参数 | sockfd：网络套接字 buf：要发送的数据首地址 len：发送的字节数 flags：0 ：按照默认方式发送 |
| 返回值 | 成功：实际发送的字节数失败：-1 |

3.监听函数

|-----|--------------------------------------|
| | int listen(int sockfd, int backlog); |
| 功能 | 监听建立三次握手的客户端 |
| 参数 | sockfd：监听套接字 backlog：最大允许监听的客户端个数 |
| 返回值 | 成功：0 失败：-1 |

4.接收函数

|-----|-----------------------------------------------------------------------------------------------|
| | int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address, socklen_t *restrict address_len); |
| 功能 | 接收建立三次握手的客户端，并产生一个通讯套接字 |
| 参数 | socket：监听套接字 address：客户端的地址信息 address_len：客户端地址长的指针 |
| 返回值 | 成功：通讯套接字失败：-1 |

5.从网络套接字上收取数据函数

|-----|---------------------------------------------------------------|
| | ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); |
| 功能 | 从网络套接字上接收数据 |
| 参数 | sockfd：通讯套接字 buf：存放接收数据的首地址 len：期望接收到的字节数 flag ： 0：默认方式接收（阻塞） |
| 返回值 | 成功：实际接收到的字节数失败：-1 对方断开连接：0 |

（三）示例程序

实现功能：客户端不断从终端接收数据，使用TCP发送给服务端，服务端输出。

1.客户端

复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>

int main(int argc,const char *argv[])
{
    //创建套接字
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("socket error");
        return -1;
    }
    
    struct sockaddr_in seraddr;
    seraddr.sin_family = AF_INET;
    seraddr.sin_port = htons(50000);
    seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.100.102");
    //请求建立连接
    int ret = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr));
    if(ret < 0)
    {
        perror("connect error");
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        char buff[1024] = {0};
        fgets(buff,sizeof(buff),stdin);                    //从终端读取数据
        ssize_t cnt = send(sockfd,buff,strlen(buff),0);    //发送数据
        if(cnt < 0)
        {
            perror("send error");
            return -1;
        }
        printf("cnt = %ld\n",cnt);
    }
    
    close(sockfd);                                    //关闭套接字

    return 0;
}

2.服务端

复制代码

#include <stdio.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>

int main(int argc,const char *argv[])
{
    //创建监听套接字------sockfd
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("socket error");
        return -1;
    }

    struct sockaddr_in seraddr;
    seraddr.sin_family = AF_INET;
    seraddr.sin_port = htons(50000);
    seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.100.102");

    //绑定IP地址
    int ret = bind(sockfd,(struct sockaddr *)&seraddr,sizeof(seraddr));
    if(ret < 0)
    {
        perror("bind error");
        return -1;
    }

    //监听和服务端建立连接的客户端
    ret = listen(sockfd,10);
    if(ret < 0)
    {
        perror("listen error");
        return -1;
    }
    //接收完成三次握手的客户端并产生一个通信套接字------connfd
    int connfd = accept(sockfd,NULL,NULL);
    if(connfd < 0)
    {
        perror("accept error");
        return -1;
    }
    while(1)
    {
        char buff[1024] = {0};
        ssize_t cnt = recv(connfd,buff,sizeof(buff),0); //接收数据
        if(cnt < 0)
        {
            perror("recv error");
            return -1;
        }
        if(0 == cnt)
        {
            break;
        }
        printf("cnt = %ld,buff = %s\n",cnt,buff);
    }
    close(sockfd);        //关闭监听套接字

    close(connfd);        //关闭通信套接字

    return 0;
}

三、TCP粘包问题

TCP粘包问题：发送方应用层发送的多包数据，将来在接收方可能一次读到，多包数据产生了粘连。

1.产生原因

发送方速度较快，TCP底层可能对多包数据进行重新组帧；
接收方数据处理速度较慢，导致多包数据在接收缓冲区缓存，应用层读时，一次将多包数据读出。

2.解决方法

调整发送速率
发送指定大小，将来接收方也接受指定大小(即，使用结构体）。

注意：

跨平台之间的数据传输时，注意结构体对齐问题。

struct a

{

char a;

int b;

long c;

};

32bits平台和64位平台所占用的字节不同。

应用层位发送的数据增加分隔符,利用分隔符解析（eg: hello world\nhow are you\n)
封装自定义数据帧格式进行发送（协议），严格根据协议进行解析。

示例：

AA C0 00 00 00 F0 00 BB 10 A0 00 00 00 10 校验 BB AA C0 00 00 00 F0 00 BB 10 A0 00 00 00 10 校验 BB AA C0 00 00 00 F0 00 BB 10 A0 00 00 00 10 校验 BB

帧头：AA

帧尾：BB

有效数据长度：C0

有效数据：00 00 00 F0 00 BB 10 A0 00 00 00 10

校验：

8位和校验

16位和校验

CRC校验

四、TCP的其他机制

（一)TCP的头部标志

SYN：请求建立连接标志位

ACK：响应报文标志位

PSH：携带数据标志位，通知接收方该从缓冲区读数据

FIN：请求断开连接标志位

RST：复位标志位

URG: 紧急数据标志位

（二）其他机制

1）确保其安全可靠

三次握手和四次挥手机制
应答机制：TCP对于每一包数据都会给出相应的应答。发送数据时序列号表示这包数据的起始编号，响应报文中的确认号是接收方收到的最后一个字节编号+1。

超时重传机制：当数据发送出去等待指定时间没有收到响应，此时认为这包数据丢失则进行冲传。
滑动窗口机制：一段缓冲区，缓存TCP已发送未收到响应，准备发送等数据

2）提高效率

延迟应答机制：发送数据的同时可以等待应答。

流量控制机制：结合TCP头部的窗口大小，动态调整发送速率。
捎带应答机制：ACK报文可能和应用层的数据同时发送。