Linux——TCP编程流程

TCP编程流程

TCP是传输层的一种协议。提供的是面向连接、可靠的、字节流的服务。

主机字节序和网络字节序

主机字节序列分为大端字节序和小端字节序，不同的主机采用的字节序列可能不同（不同的芯片，所采用的数值存储方式是不同）。

• 大端字节序是指一个整数的高位字节存储在内存的低地址处，低位字节存储在内存的高地址处。
• 小端字节序则是指整数的高位字节存储在内存的高地址处，而低位字节则存储在内存的低地址处。

在两台使用不同字节序的主机之间传递数据时，可能会出现冲突。

所以，在将数据发送到网络时规定整形数据使用大端字节序，所以也把大端字节序成为网络字节序列。对方接收到数据后，可以根据自己的字节序进行转换。

网络字节序： 统一使用大端模式来表示数据

字节序的转化

系统提供了以下的一些接口：

#include 
uint32_t ntohl (uint32_t __netlong);   // 网络字节序转化为主机字节序    long 
uint16_t ntohs (uint16_t __netshort);  // 网络字节序转化为主机字节序    short 
uint32_t htonl (uint32_t __hostlong);   // 主机字节序转化为网络字节序   long 
uint16_t htons (uint16_t __hostshort);  // 主机字节序转化为网络字节序   short

套接字的地址结构

运行在两个不同主机上的进程间通信的条件：（已知）IP地址 端口号。

socket 网络编程接口中表示 socket 地址的是结构体 sockaddr，其定义如下：

通用的地址结构：

#include 
struct sockaddr 
{
	sa_family_t sa_family; 
	char     sa_data[14];
};  

sa_family 成员是地址族类型（sa_family_t）的变量。地址族类型通常与协议族类型对应。

常见的协议族和对应的地址族如下图所示：

IPV4专有的地址结构

struct sockaddr_in 
{    
	sa_family_t  sin_family;   //  地址簇  AF_INET          
	uint16_t      sin_port;    //  端口号：  将主机字节序转化为网络字节序   0--1024 系统预留   1025 -- 4096 知名端口号  4097 - 65535    
	struct  in_addr sin_addr; 
};
struct in_addr 
{    
	uint32_t s_addr;     //  IP地址   以字符串形式来表示一个点分十进制。  IP地址的转化 
};

IP地址转化的方法

uint32_t   inet_addr (const char *__cp);  //  将点分十进制的字符串转化为uint32_t类型 
char * inet_ntoa (struct in_addr __in);   //  将struct in_addr类型的变量转化为char*字符串

TCP编程流程

TCP的网络接口

创建socket套接字

socket()方法是用来创建一个套接字，有了套接字就可以通过网络进行数据的收发。这也是为什么进行网络通信的程序首先要创建一个套接字。创建套接字时要指定使用的服务类型，使用 tcp 协议选择流式服务（SOCK_STREAM） 。

int socket (int __domain, int __type, int __protocol);

• 返回值： 成功返回文件描述符 socket 失败返回-1
• domain： 协议簇 AF_INET TCP/IP协议
• type： 具体的协议 SOCK_STREAM --> tcp , SOCK_DGRAM --> UDP
• protocol : 在前两个值的协议基础下的一个具体协议，一般默认设置为0

命名（绑定）socket套接字

bind()方法是用来指定套接字使用的 IP 地址和端口。 IP 地址就是自己主机的地址，如果主机没有接入网络，测试程序时可以使用回环地址“127.0.0.1”。
端口是一个 16 位的整形值：

• 一般 0-1024 为知名端口，如 http 使用的 80号端口。这类端口一般用户不能随便使用。
• 其次，1024-4096 为保留端口，用户一般也不使用。
• 4096 以上为临时端口，用户可以使用。
• 在 Linux上，1024 以内的端口号，只有 root 用户可以使用。

int bind (int __fd, struct sockaddr * __addr, socklen_t __len);

• 返回值： 成功返回0， 失败返回-1
• fd： socket方法返回的套接字的文件描述符
• addr：服务器的地址结构变量的地址 需要类型强转
• len： addr的长度

启动监听方法

listen()方法是用来创建监听队列。监听队列有两种，一个是存放未完成三次握手的连接，一种是存放已完成三次握手的连接。listen()第二个参数就是指定已完成三次握手队列的长度。
启动监听，这个方法不会阻塞。

int listen (int __fd, int __n);

• 返回值： 成功返回0， 失败返回-1
• fd： socket方法返回的套接字的文件描述符
• n： 内核创建的用于维护已完成连接的客户端的个数： n+1

获取一个链接

accept()处理存放在 listen 创建的已完成三次握手的队列中的连接。每处理一个连接，则accept()返回该连接对应的套接字描述符。如果该队列为空，则 accept 阻塞。

int accept (int __fd, struct sockaddr * __addr,   socklen_t *__addr_len);

• 返回值： 成功返回描述这个连接的文件描述符， 失败返回-1
• fd： socket创建的文件描述符
• addr：用于保存客户端的地址信息
• addr_len： addr的长度（监听队列的长度）

读取数据

recv()方法用来接收 TCP 连接的对端发送来的数据。recv()从本端的接收缓冲区中读取数据，如果接收缓冲区中没有数据，则 recv()方法会阻塞。返回值是实际读到的字节数，如果recv()返回值为 0， 说明对方已经关闭了 TCP 连接。

ssize_t recv (int __fd, void *__buf, size_t __n, int __flags);

• fd： 需要读取数据的文件描述符
• buf： 读取的数据存储的缓冲区的首地址
• n： 一次能够读取的数据长度，单位是字节
• flag： 标志，默认给0

发送数据

send()方法用来向 TCP 连接的对端发送数据。
注意：send()执行成功，只能说明将数据成功写入到发送端的发送缓冲区中，并不能说明数据已经发送到了对端。send()的返回值为实际写入到发送缓冲区中的数据长度。

ssize_t send (int __fd, const void *__buf, size_t __n, int __flags);

• fd： 需要读取数据的文件描述符
• buf： 读取的数据存储的缓冲区的首地址
• n： 一次写入的真实的数据长度，单位是字节
• flag： 标志，默认给0

发起连接的方法——客户端程序使用

connect()方法一般由客户端程序执行，需要指定连接的服务器端的 IP 地址和端口。该方法执行后，会进行三次握手， 建立连接。

 int connect (int __fd, struct sockaddr * __addr, socklen_t __len);

• 返回值： 成功返回0， 失败返回-1
• fd: socket创建的文件描述符
• addr: 服务器的地址信息
  len： addr的长度

关闭一个文件描述符

close()方法用来关闭 TCP 连接。此时，会进行四次挥手。

int close(int __fd); 

TCP服务器端的编程流程

示例代码：

#include 
#include  
#include  
#include  
#include 

#include  
#include  
#include  
#include 
int main() 
{    
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    
	assert(-1 != sockfd);
	
	//ip和端口，定义一个专用套接字结构
    struct sockaddr_in saddr,caddr;    
    memset(&saddr, 0, sizeof(saddr));
    
    //服务器端指定ip和端口号
    addr.sin_family = AF_INET;   	//协议簇
    addr.sin_port = htons(6000);	//指定端口，主机字节序转换为网络字节序
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // 将字符串转为无符号整型，测试：回环地址，和自己通讯
    
    //  bind方法失败的原因： 1、IP地址不正确   2、端口号不正确（没有使用权限， 端口号被其他进行使用）     
    int res = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(saddr)); //转为通用套接字结构   
    assert(-1 != res);
    
    res = listen(listenfd, 5);    
    assert(-1 != res);

	listen(sockfd,5);
    
    while(1)  // 循环接收不同客户端的链接    
    {        
    	int len = sizeof(saddr);
    	int c = accept(sockfd,(syruct sockaddr*)&caddr,&len);
            
    	if(c == -1)        
    	{            
    		printf("Get one client link fail\n");        
    		continue;
	    }
	     
        while(1) //循环和一个客户端通讯        
        {            
        	char buff[128] = {0};           
        	int n = recv(c, buff, 127, 0);  // 如果没有数据到达则会阻塞，直到有数据或者客户端断开链接  ，这里也可以用read操作，因为c也是一个文件描述符          
        	if(n <= 0)            
        	{                
        		printf("client will unlink\n");                	
        		break;            
        	}
        	
            printf("buff = :%s\n", buff);            
            send(c, "OK", 2, 0);        //也可以用write
        }
       
        close(c); // 服务器程序关闭接收的客户端链接 
    }
   
    close(sockfd); // 关闭该服务器程序前关闭监听的套接字
    
    exit(0); 
}

TCP客户端的编程流程

示例代码

#include 
#include  
#include  
#include  
#include 

#include  
#include  
#include  
#include 

int main() 
{    
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);    
	assert(-1 != sockfd);
	
	//指定服务器的ip和端口
	struct sockaddr_in saddr;  
    memset(&saddr, 0, sizeof(saddr)); 
    ser_addr.sin_family = AF_INET;   
    ser_addr.sin_port = htons(6000);    
    ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 
 //作为客户端不需要指定端口，这些工作系统会帮助你完成
    int res = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&saddr, sizeof(saddr));   
    assert(-1 != res);//保证链接成功，自我检查
    
    while(1)    
    {        
    	printf("input: ");        
    	char buff[128] = {0};        
    	fgets(buff, 127, stdin);        
    	if(strncmp(buff, "end", 3) == 0)         
    		{            
    			break;        
    		} 
        send(sockfd, buff, strlen(buff) - 1, 0);
        
        memset(buff, 0, 128);        
        recv(sockfd, buff, 127, 0);//buff又拿来接收数据  
        printf("%s\n", buff);    
     }
    	close(sockfd);    
    	exit(0); 
}

服务器端和客户端的执行结果