Linux软件编程学习笔记（十）——网络（二）——TCP通信

一、TCP简介

TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是一种面向连接、可靠的字节流传输协议。

TCP在通信前需要进行三次握手 建立连接，通信过程中具有数据确认机制，通信结束时通过四次挥手断开连接。TCP还通过滑动窗口、拥塞控制、掉线检测等机制保证通信的可靠性。

与UDP相比：

TCP	UDP
面向连接	无连接
可靠传输	不可靠传输
通信前需要建立连接	不需要建立连接
资源占用较多	资源占用较少
适合文件传输、聊天等	适合实时性要求较高的场景

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二、TCP通信流程

TCP通信分为客户端 和服务器端。

1. TCP客户端

基本流程：

socket()
   ↓
connect()
   ↓
send()/recv()
   ↓
close()

2. TCP服务器

基本流程：

socket()
   ↓
bind()
   ↓
listen()
   ↓
accept()
   ↓
send()/recv()
   ↓
close()

因此，TCP最重要的函数就是：

socket
bind
listen
accept
connect
send
recv

文档中也是按照这个流程介绍TCP通信接口的。

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三、socket()

int socket(int domain, int type, int protocol);

作用：

创建一个用于网络通信的套接字。

TCP通常使用：

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

其中：

AF_INET

表示使用IPv4。

SOCK_STREAM

表示使用流式套接字，也就是TCP。

返回值：

成功：返回新的文件描述符
失败：返回-1

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四、connect()

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

作用：

客户端向服务器发起连接。

例如：

ret = connect(sockfd,
              (struct sockaddr *)&recvaddr,
              sizeof(recvaddr));

参数：

• sockfd：套接字文件描述符

• addr：服务器地址

• addrlen：地址长度

返回值：

成功：0
失败：-1

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五、bind()

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

作用：

将IP地址和端口号绑定到套接字。

例如：

bind(sockfd,
     (struct sockaddr *)&recvaddr,
     sizeof(recvaddr));

服务器必须先通过 bind() 指定自己的IP地址和端口。

注意：

bind()只能绑定本机的IP地址，不能绑定其他主机的IP地址；一个端口被占用后，也不能重复绑定。

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六、listen()

int listen(int sockfd, int backlog);

作用：

让服务器进入监听状态，等待客户端连接。

例如：

ret = listen(sockfd, 10);

其中：

sockfd

是监听套接字。

backlog

表示等待处理的连接请求数量。

成功返回 0，失败返回 -1。

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七、accept()

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

作用：

从监听队列中取出一个客户端连接。

例如：

confd = accept(sockfd, NULL, NULL);

这里要特别注意：

sockfd

和

confd

作用不同。

sockfd

负责：

socket
bind
listen
accept

主要用于监听客户端连接。

confd

accept()成功以后返回的新的文件描述符。

负责：

send
recv

也就是真正和客户端进行数据通信。

              服务器

          sockfd
             │
           listen
             │
           accept
             ↓
           confd
          ↙     ↘
       send     recv

accept()成功后会返回新的文件描述符用于通信。

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八、send()

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

作用：

向TCP套接字发送数据。

例如：

char buf[1024] = "hello";

send(sockfd, buf, strlen(buf), 0);

参数：

• sockfd：套接字文件描述符

• buf：发送数据的首地址

• len：发送数据长度

• flags：属性，一般使用 0

返回值：

成功：实际发送的字节数
失败：-1

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九、recv()

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

作用：

从TCP套接字中接收数据。

例如：

nret = recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);

返回值：

>0    成功接收到的字节数
-1    接收失败
0     对方关闭连接

这一点非常重要：

if (nret == 0)
{
    printf("对方已经断开连接\n");
}

文档中也特别指出：如果对方关闭连接，recv()返回0。

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十、TCP服务器和客户端总结

客户端

socket();

connect();

send();
recv();

close();

可以记成：

创建 → 连接 → 通信 → 关闭

服务器

socket();

bind();

listen();

accept();

send();
recv();

close();

可以记成：

创建 → 绑定 → 监听 → 接收连接 → 通信 → 关闭

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十一、TCP文件传输

TCP不仅可以传输字符串，也可以传输文件。

基本思路：

客户端

打开文件
   ↓
read()
   ↓
send()
   ↓
read()
   ↓
send()
   ↓
文件发送完成

服务器

创建文件
   ↓
recv()
   ↓
write()
   ↓
recv()
   ↓
write()
   ↓
文件接收完成

例如：

while (1)
{
    nret = read(fd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff));

    if (nret <= 0)
    {
        break;
    }

    send(sockfd, tmpbuff, nret, 0);
}

服务器：

while (1)
{
    nret = recv(confd, tmpbuff, sizeof(tmpbuff), 0);

    if (nret == 0)
    {
        break;
    }

    write(fd, tmpbuff, nret);
}

这里也能看到TCP和普通文件IO之间的联系：Socket本质上也是一种文件描述符 ，可以通过 send()、recv()进行网络数据读写。

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十二、TCP三次握手

TCP建立连接之前需要进行三次握手：

客户端                         服务器

   SYN  -------------------->

        <-------------------  SYN + ACK

   ACK  -------------------->

          连接建立

目的主要是：

1. 确认双方具有正常的发送和接收能力

2. 建立TCP连接

3. 同步双方的序列号

TCP通信前需要三次握手建立连接，这是TCP区别于UDP的重要特点之一。

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十三、TCP四次挥手

通信结束时需要断开TCP连接：

客户端                         服务器

   FIN  -------------------->

        <-------------------  ACK

        <-------------------  FIN

   ACK  -------------------->

          连接关闭

TCP通过四次挥手完成连接关闭。

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