【Linux C | 网络编程】入门知识：TCP协议、TCP客户端、TCP服务端

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本文内容：介绍网络编程入门知识：TCP协议、TCP客户端、TCP服务端
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一、TCP协议概述

TCP协议的全称是传输控制协议（Transmission Control Protocol)。TCP是一个面向连接的协议，为用户进程提供可靠的全双工字节流。TCP套接字是一种流套接字( streamsocket)。TCP关心确认、超时和重传之类的细节。大多数因特网应用程序使用TCP。注意，TCP既可以使用IPv4，也可以使用IPv6。

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TCP协议的几个特点：

• 1、TCP是通过连接(connection)来通信的。TCP客户端与某个TCP服务端建立连接，然后通过这个连接与服务端交互数据，最后终止这个连接。
• 2、TCP是可靠性(reliability)。当TCP向另一端发送数据时，它要求对端返回一个确认。如果没有收到确认，TCP就自动重传数据并等待更长时间。在数次重传失败后，TCP才放弃，如此在尝试发送数据上所花的总时间一般为4～10分钟(依赖于具体实现)。
  TCP会给每个分节关联一个序列号，如果接收到重复数据，可以判定数据重复并丢弃。
• 3、TCP提供流量控制(flow control)。TCP总是会告诉对端，它一次能够从对端接收多少个字节的数据，这成为通告窗口(advertised window)。该窗口指出接收缓冲区的当前可用字节。
• 4、TCP是全双工的(full-duplex)。表示在同一个TCP连接上，同一时刻可以同时发送、接收数据。

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二、一个最简单的TCP客户端

✨2.1 tcp客户端步骤和代码

编写TCP客户端的步骤：

• 1、创建TCP套接字socket；
• 2、指定TCP服务端ip和端口，bzero、inet_pton
• 3、建立与TCP服务端的连接，connect
• 4、交互数据
• 5、关闭套接字

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	// 1、创建TCP套接字socket
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sockfd<0)
		perror("socket error" );
	
	// 2、准备服务端ip和端口
	struct sockaddr_in servaddr;
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons (10086);
	if (inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr) <= 0) // 设置本机IP为服务端IP
		perror("inet_pton error");
	
	// 3、连接 connect
	if (connect(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
		perror("connect error" );
	
	// 4、交换数据
	printf("TcpCli sockfd=%d, send msg\n",sockfd);
	write(sockfd, "Hello,I am tcp client", strlen("Hello,I am tcp client"));
	
	char recvline[256];
	int n = 0;
	while ( (n = read (sockfd, recvline, sizeof(recvline))) > 0)
	{
		recvline[n] = 0 ;/*null terminate */
		printf("recv[%s]\n",recvline);
	}
	
	if (n < 0)
		perror("read error" );
	
	// 5、关闭
	close(sockfd);

	return 0;
}

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✨2.2 tcp客户端相关函数

• socket 函数

  #include           /* See NOTES */
  #include 
  int socket(int domain, int type, int protocol);
  

  socket函数创建一个套接字描述符。man手册描述，socket创建一个通信端点并返回一个描述符。

  • 参数domain指定通信域，使用了AF_INET，表示是IPv4 Internet protocols协议的。
  • 参数type指定套接字类型，使用``，表示TCP协议的套接字(提供有序、可靠、双向、基于连接的字节流。可以支持带外数据传输机制)。
  • 参数protocol指定了要与套接字一起使用的特定协议。通常，在给定的协议族中，只有一个协议支持特定的套接字类型，在这种情况下，协议可以指定为0。

• connect 函数

  #include           /* See NOTES */
  #include 
  int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  

  connect 函数将文件描述符sockfd引用的套接字连接到addr指定的地址。addrlen参数指定addr的大小。addr中地址的格式由套接字sockfd的地址空间决定；

三、一个最简单的TCP服务端

✨2.1 tcp服务端步骤和代码

编写TCP服务端的步骤：

• 1、创建TCP套接字socket；
• 2、准备服务端ip和端口；
• 3、绑定，bind
• 4、监听，listen
• 5、接受客户端连接，accept
• 6、与客户端进行数据交互
• 7、关闭套接字

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

int main()
{
	// 1、创建TCP套接字socket
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sockfd<0)
		perror("socket error" );
	
	// 2、准备服务端ip和端口
	struct sockaddr_in servaddr;
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;
	servaddr.sin_port = htons (10086);
	servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 指定ip地址为 INADDR_ANY，这样要是服务器主机有多个网络接口，服务器进程就可以在任一网络接口上接受客户端的连接
	
	// 3、绑定 bind
	if (bind(sockfd,(struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
		perror("bind error" );
	
	// 4、监听 listen
	if(listen(sockfd, 10) != 0)
		perror("listen error");
	
	printf("TcpSer sockfd=%d, start listening\n",sockfd);
	char recvline[256];
	while(1)
	{
		// 5、接受客户端连接
		int connfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
		
		// 6、与客户端交换数据
		int n = read(connfd, recvline, sizeof(recvline));
		if(n>0)
		{
			recvline[n] = 0 ;/*null terminate */
			printf("recv connfd=%d [%s]\n",connfd,recvline);
		}
		write(connfd, "Hello,I am tcp server", strlen("Hello,I am tcp server"));
		close(connfd);
	}
	
	// 7、关闭
	close(sockfd);

	return 0;
}

socket、bind和listen这3个调用步骤是任何TCP服务器准备所谓的监听描述符(listening descriptor)的正常步骤。

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✨2.2 tcp服务端相关函数

tcp服务端相关函数有：socket、bind、listen、accept。socket函数可以参照上面 2.2 小节。

• bind 函数

  #include           /* See NOTES */
  #include 
  int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
  

  bind函数将addr指定的地址分配给文件描述符sockfd引用的套接字。addrlen指定addr指向的地址结构的大小。
• listen 函数

  #include           /* See NOTES */
  #include 
  int listen(int sockfd, int backlog);
  

  listen函数将sockfd引用的套接字标记为被动套接字，标记后，可以使用accept函数接受传入连接请求的套接字。
  • backlog参数定义了sockfd的挂起连接队列可能增长到的最大长度。如果连接请求在队列已满时到达，则客户端可能会接收到带有ECONNREFUSED指示的错误，或者，如果底层协议支持重传，则可以忽略该请求，以便稍后重新尝试连接成功。
• accept 函数

  #include           /* See NOTES */
  #include 
  int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
  

  accept函数用于基于连接的套接字类型（SOCK_STREAM、SOCK_SEQPACKET）。它提取侦听套接字的挂起连接队列中的第一个连接请求sockfd，创建一个新的连接套接字，并返回一个引用该套接字的新文件描述符。新创建的套接字未处于侦听状态。原始套接字sockfd不受此调用的影响。

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四、总结

本文主要介绍Linux下网络编程的基础知识，先是简单介绍一下TCP协议，然后给出一个TCP客户端、TCP服务端最简单的例子，最后介绍创建TCP客户端、TCP服务端需要用到的函数。

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