计算机网络（4） --- 协议定制

计算机网络（3） --- 网络套接字TCP_哈里沃克的博客-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_63488627/article/details/132035757?spm=1001.2014.3001.5501

目录

1. 协议的基础知识

TCP协议通讯流程

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2.协议

1.介绍

2.手写协议

1.内容

2.接口

3.序列化和反序列化

4.协议化

5.读操作

3.客户端和服务端的业务逻辑

1.服务端

2.客户端

---

1. 协议的基础知识

TCP协议通讯流程

 1.不论是三次握手四次挥手还是数据的传输，其实都是操作系统进行执行的。那么两边的函数也只是操作系统的调用接口，操作系统依然是整体的执行者

2.那么我们不能简单的认为accept就是构建链接，因为链接的建立是操作系统提供的，accept更多的是以一种接收管理的姿态。那么三次握手有没有aceept其实不大有关系。

3.链接其实是一种结构体，该结构体是用于存储客户端连接服务器时对客户端的描述，毕竟连接服务端的不一定只有一个客户端，只要客户端多起来，就一定需要被管理，那么aceept的作用就是将接收到的链接进行描述管理

2.协议

1.介绍

1.协议是一种 "约定"。 socket api的接口，之前写的套接字在读写数据时, 都是按 "字节流" 的方式来发送接收的。

2.但是我们需要传输一些"结构化的数据"，比如图片，视频之类的东西。设计为了这些功能的实现，我们将这些东西对应的字节流组成一个结构体，那么由该结构体存储，只要我们将这些字节流存储到结构体内，随后进行序列化得到一个字节流，之后传入到网络中去。接收方接收，得到的则是一个字节流，反序列化出结构体再将所有的数据拿出来，这样就实现了所有形式的数据都能被一个报文直接转发过来。

3.同时也要保证接收方收到一个完整的报文。udp不需要考虑，因为它面向数据报的；tcp不同，它是传输字节流的，需要考虑。

2.手写协议

1.内容

1.为了保证接收方收到一个完整的报文，我们需要自己设计报文和报文之间的边界。

2.除了物理层都没有返送和接收的直接连接，应用层的数据想要发送，其实这些数据都在应用层的缓冲区中，而发送的过程，其实是像tcp/ip层进行拷贝，把应用层的缓冲区拷贝到tcp/ip层的发送缓冲区，而另一边的主机则是通过tcp/ip层的接收缓冲区拷贝下层传上来的数据。这些数据最终是通过网络发送的。应用层的函数调用write和read接口都是拷贝函数。那考虑最终结果其实呈现出的是：C的发送缓冲区的数据拷贝到S的接收缓冲区，反之亦然。

3.由于两边都拥有发送和接收缓冲区，那么也就意味着两边同时的传输是不影响的，这种工作模式是全双工的

4.发送数据很多，并且对端不处理这些发送过来的数据，难免出现数据扎堆出现在缓冲区中，那么读取这些数据就想要分离出以一个报文为单位的数据。这种划分有三种方法：定长，定特殊符号或者这自描述方法

2.接口

与read的作用一致，都是把字节流发送出去

 

 与write的作用一致，都是把字节流接收会来

3.序列化和反序列化

#define SEP " "
#define SEP_LEN strlen(SEP) // 不要使用sizeof
#define LINE_SEP "\r\n"
#define LINE_SEP_LEN strlen(LINE_SEP) // 不要使用sizeof

class Request
{
public:
    Request()
    {
    }

    Request(int x_, int y_, char op_)
        : x(x_), y(y_), op(op_)
    {
    }

    bool serialize(std::string *out)
    {
        *out = "";
        std::string x_string = std::to_string(x);
        std::string y_string = std::to_string(y);
        *out = x_string;
        *out += SEP;
        *out += op;
        *out += SEP;
        *out += y_string;
        *out += LINE_SEP;
    }

    bool deserialize(const std::string &in)
    {
        auto left = in.find(SEP);
        auto right = in.find(SEP);
        if (left == std::string::npos || right == std::string::npos)
            return false;
        if (left == right)
            return false;
        if (right - (left + SEP_LEN))
            return false;

        std::string x_string = in.substr(0, left);
        if (x_string.empty())
            return false;
        std::string y_string = in.substr(right + SEP_LEN);
        if (y_string.empty())
            return false;
        x = std::stoi(x_string);
        y = std::stoi(y_string);

        op = in[left + SEP_LEN];
        return true;
    }

public:
    int x;
    int y;
    char op;
};

class Response
{
public:
    Response()
    {
    }

    Response(int exitcode_, int result_)
        : exitcode(exitcode_), result(result_)
    {
    }

    bool serialize(std::string *out)
    {
        *out = "";
        std::string ec_string = std::to_string(exitcode);
        std::string res_string = std::to_string(result);

        *out = ec_string;
        *out += SEP;
        *out += res_string;
        *out += LINE_SEP;
        return true;
    }

    bool deserialize(const std::string &in)
    {
        auto mid = in.find(SEP);
        if (mid == std::string::npos)
            return false;
        std::string ec_string = in.substr(0, mid);
        std::string res_string = in.substr(mid + SEP_LEN);

        if (ec_string.empty() || res_string.empty())
            return false;

        exitcode = std::stoi(ec_string);
        result = std::stoi(res_string);
        return true;
    }

public:
    int exitcode;
    int result;
};

基于计算的业务处理逻辑下：

1.request表示请求，即接收方接收的数据

2.response表示应答，即发送方得到接收方处理结果后的数据

3.不论发送还是接收方，其request和response都是想要有序列化和反序列化的。想要注意的是，序列化和反序列化是一种结构化的类型，不表示协议，它是协议的有效载荷部分

4.序列化的逻辑：将当前存储的一系列想要被操作的数据，通过存储在out中。通过分隔符进行组合

5.反序列化的逻辑：接受到了in，将in的数据拆分回原来的结构，拆分的依据就是分隔符

4.协议化

std::string enLength(const std::string &text)
{
    std::string send_string = std::to_string(text.size());
    send_string += LINE_SEP;
    send_string += text;
    send_string += LINE_SEP;

    return send_string;
}

bool deLength(const std::string &package, std::string *text)
{
    auto pos = package.find(LINE_SEP);
    if (pos == std::string::npos)
        return false;
    std::string text_len_string = package.substr(0, pos);
    int text_len = std::stoi(text_len_string);
    *text = package.substr(pos + LINE_SEP_LEN, text_len);
    return true;
}

1.规定的协议为：当前序列化的字节流长度大小作为前面的一个字节流且用\r\n来进行分隔序列化的字节流，大概模式为XXX\r\nYYY\r\n

2.加协议enLength：就是将传入的text之前算出text的大小，先加入大小后填入分隔符最后加入序列化的字节流

3.减协议deLength：先找到第一个分隔符，得到整个序列化字节流的大小，随后通过大小长度收录整个序列化的字节流

5.读操作

bool recvPackage(int sock, std::string &inbuffer,std::string *text)
{
    char buffer[1024];
    while (true)
    {
        ssize_t n = recv(sock, buffer, sizeof(buffer) - 1, 0);
        if (n > 0)
        {
            buffer[n] = 0;
            inbuffer += buffer;
            auto pos = inbuffer.find(LINE_SEP);
            if (pos == std::string::npos)
                continue;
            std::string text_len_string = inbuffer.substr(0, pos);
            int text_len = std::stoi(text_len_string);
            int total_len = text_len_string.size() + 2 * LINE_SEP_LEN + text_len;
            if (inbuffer.size() < total_len)
                continue;

            *text = inbuffer.substr(0, total_len);
            inbuffer.erase(0, total_len);
            break;
        }
        else
            return false;
    }
    return true;
}

3.客户端和服务端的业务逻辑

1.服务端

void handerEnter(int sock, func_t func)
    {
        std::string inbuffer;
        while (true)
        {
            // 1.读取
            // 1.1读取完整的一个报文
            std::string req_text;
            if (!recvRequest(sock, inbuffer, &req_text))
                return;
            // 1.2读取完整的报文
            std::string req_str;
            if (!deLength(req_text, &req_str))
                return;

            // 2.反序列化
            // 2.1得到一个结构化的请求对象
            Request req;
            if (!req.deserialize(req_str))
                return;

            // 3.计算业务
            // 3.1得到一个结构化的响应
            Response resp;
            func(req, resp);

            // 4.对响应进行序列化
            // 4.1得到一个字符串
            std::string resp_str;
            resp.serialize(&resp_str);

            // 5.然会发送给客户端一个响应
            // 5.1构造新报文
            std::string send_string = enLength(resp_str);
            send(sock, send_string.c_str(), send_string.size(), 0);
        }
    }

2.客户端

void start()
        {
            // 5.要发起链接
            struct sockaddr_in server;
            memset(&server, 0, sizeof server);
            server.sin_family = AF_INET;
            server.sin_port = htons(_serverport);
            server.sin_addr.s_addr = inet_addr(_serverip.c_str());

            if (connect(_sock, (struct sockaddr *)&server, sizeof server) != 0)
            {
                std::cerr << "connect error: " << errno << " : " << strerror(errno) << std::endl;
            }
            else
            {
                std::string msg;
                std::string inbuffer;
                while (true)
                {
                    std::cout << "mycal>>> ";
                    std::getline(std::cin, msg);

                    //msg要拆分
                    Request req(msg);
                    std::string content;
                    req.serialize(&content);
                    std::string send_string = enLength(content);
                    send(_sock, send_string.c_str(), send_string.size(), 0);

                    std::string package, text;
                    if (!recvPackage(_sock, inbuffer, &package))
                        continue;
                    if (!deLength(package, &text))
                        continue;
                    Response resp;
                    resp.deserialize(text);
                    std::cout << "exitcode: " << resp.exitcode << std::endl;
                    std::cout << "result: " << resp.result << std::endl;
                }
            }
        }