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TCP（TCP客户端、服务器如何通信）_tcp客户端和服务器

作者：繁依Fanyi0 | 2024-07-04 14:57:18

踩

tcp客户端和服务器

一、TCP介绍

TCP的特点：

面向连接的协议：TCP是一种可靠的、面向连接的协议，在通信之前需要建立连接，以确保数据的可靠传输。这意味着在传输数据之前，发送方和接收方之间需要建立一条可靠的连接通道。
流式协议：TCP将数据看作是一连串的字节流，而不是独立的数据包。这意味着在传输过程中，数据可以被分割成多个数据包进行传输，并在接收端进行重新组装。
可靠传输：TCP通过使用校验和、序列号和确认应答等机制，确保数据的可靠传输。如果在传输过程中发生错误或丢失，TCP会进行重传，以确保数据的完整性和准确性。
出错重传：当TCP接收到错误的数据包时，它会要求发送方重新发送该数据包，以确保数据的正确性。
确认应答：TCP使用确认应答机制来确保数据的可靠传输。当接收方收到一个数据包时，它会向发送方发送一个确认应答，表示已经收到了该数据包。
服务器被动连接，客户端主动连接：在TCP连接中，服务器通常处于被动状态，等待客户端的连接请求。而客户端则处于主动状态，负责发起连接请求。一旦连接建立成功，双方就可以进行数据传输。

TCP与UDP的差异

TCP与UDP流程对比

TCP编程流程

服务器端流程：

创建套接字（socket）：使用socket()函数创建一个套接字，指定使用的协议族（如IPv4或IPv6）和socket类型（如流式socket）。
绑定套接字（bind）：使用bind()函数将套接字与服务器的网络信息（如IP地址和端口号）进行绑定。
监听套接字（listen）：使用listen()函数将套接字设置为监听状态，准备接收客户端的连接请求。
接受连接（accept）：使用accept()函数阻塞等待客户端的连接请求，并返回一个新的套接字用于与该客户端进行通信。
进行通信（recv/send）：使用recv()和send()函数与客户端进行数据的接收和发送。
关闭套接字（close）：通信完成后，使用close()函数关闭套接字，释放资源。

客户端流程：

创建套接字（socket）：与服务器端相同，使用socket()函数创建一个套接字。
连接服务器（connect）：使用connect()函数向服务器发起连接请求，指定服务器的IP地址和端口号。
进行通信（send/recv）：连接建立后，使用send()和recv()函数与服务器进行数据的发送和接收。
关闭套接字（close）：通信完成后，使用close()函数关闭套接字，释放资源。

二、TCP编程-socket


#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
 
功能：
    创建一个套接字，返回一个文件描述符
参数：
    domain：通信域，协议族
      AF_UNIX 本地通信
      AF_INET ipv4网络协议
      AF_INET6 ipv6网络协议
      AF_PACKET 底层接口
    type：套接字的类型
      SOCK_STREAM 流式套接字（tcp）
      SOCK_DGRAM 数据报套接字（udp）
      SOCK_RAW 原始套接字（用于链路层）
    protocol：附加协议，如果不需要，则设置为0
 
返回值：
    成功：文件描述符
    失败：‐1

案例


#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdlib.h>
 
int main(int argc, char const *argv[])
{
    //通过socket函数创建一个TCP套接字
    int sockfd;
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
        perror("fail to socket");
        exit(1);
    }
 
    printf("sockfd = %d\n", sockfd);
 
    return 0;
}

这段代码演示了如何使用C语言创建一个TCP套接字。在代码中，首先通过socket()函数创建了一个套接字，指定了协议族为AF_INET（IPv4），套接字类型为SOCK_STREAM（TCP）。如果创建失败，则会输出错误信息并退出程序。如果创建成功，则会输出套接字的文件描述符。最后，程序返回0表示正常退出。

执行结果

三、TCP客户端-connect、send、recv

3.1 connect函数


#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
功能：
    给服务器发送客户端的连接请求
参数：
    sockfd：文件描述符，socket函数的返回值
    addr：要连接的服务器的网络信息结构体（需要自己设置）
    addrlen：add的长度
返回值：
    成功：0
    失败：-1

注意：

connect建立连接之后不会产生新的套接字
连接成功后才可以开始传输TCP数据
头文件：#include

3.2 send函数


#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
 
功能：
    发送数据
参数：
    sockfd：文件描述符
 
客户端：
    socket函数的返回值
服务器：
    accept函数的返回值
 
     buf：发送的数据
     len：buf的长度
     flags：标志位
       0 阻塞
       MSG_DONTWAIT 非阻塞
 
返回值：
    成功：发送的字节数
    失败：-1

注意： 不能用TCP协议发送0长度的数据包

3.3 recv函数


#include <sys/types.h>
 
#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
功能：
    接收数据
参数：
    sockfd：文件描述符
客户端：socket函数的返回值
服务器：accept函数的返回值
    buf：保存接收到的数据
    len：buf的长度
    flags：标志位
      0 阻塞
      MSG_DONTWAIT 非阻塞
返回值：
    成功：接收的字节数
    失败：-1
如果发送端关闭文件描述符或者关闭进程，则recv函数会返回0

3.4 客户端code

使用windows下的网络调试助手作为服务器

客户端的程序


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
 
#define N 128
 
int main(int argc, char const *argv[])
{
    if(argc < 3)
    {
        fprintf(stderr, "Usage: %s [ip] [port]\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
 
    //第一步：创建套接字
    int sockfd;
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
        perror("fail to socket");
        exit(1);
    }
 
    //printf("sockfd = %d\n", sockfd);
 
    //第二步：发送客户端连接请求
    struct sockaddr_in serveraddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
 
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
 
    if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) == -1)
    {
        perror("fail to connect");
        exit(1);
    }
 
    //第三步：进行通信
    //发送数据
    char buf[N] = "";
    fgets(buf, N, stdin);
    buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
    if(send(sockfd, buf, N, 0) == -1)
    {
        perror("fail to send");
        exit(1);
    }
 
    //接收数据
    char text[N] = "";
    if(recv(sockfd, text, N, 0) == -1)
    {
        perror("fail to recv");
        exit(1);
    }
 
    printf("from server: %s\n", text);
 
    //第四步：关闭套接字文件描述符
    close(sockfd);
 
    return 0;
}

这段代码是一个简单的TCP客户端程序。它接收两个命令行参数：服务器的IP地址和端口号。然后，程序会执行以下步骤：

创建一个TCP套接字。
使用connect()函数向服务器发送连接请求。
从标准输入读取一行数据，并将其发送给服务器。
接收服务器返回的数据，并将其打印到标准输出。
关闭套接字文件描述符。

执行结果

四、TCP服务器-bind、listen、accept

4.1 做为TCP服务器需要具备的条件

1、具备一个可以确知的地址

2、让操作系统知道是一个服务器，而不是客户端

3、等待连接的到来对于面向连接的TCP协议来说，连接的建立才真正意味着数据通信的开始

4.2 bind函数


#include <sys/types.h>
 
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
功能：
    将套接字与网络信息结构体绑定
参数：
    sockfd：文件描述符，socket的返回值
    addr：网络信息结构体
      通用结构体（一般不用）
      struct sockaddr
      网络信息结构体 sockaddr_in
#include <netinet/in.h>
struct sockaddr_in
addrlen：
    addr的长度
返回值：
    成功：0
    失败：-1

简单写个例子


#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
 
int main() {
    // 创建一个流式套接字
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd == -1) {
        perror("socket");
        return -1;
    }
 
    // 初始化网络信息结构体
    struct sockaddr_in addr;
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(8080); // 绑定到8080端口
    addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定到任意IP地址
 
    // 将套接字与网络信息结构体绑定
    socklen_t addrlen = sizeof(addr);
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *)&addr, addrlen) == -1) {
        perror("bind");
        return -1;
    }
 
    printf("Bind successful\n");
 
    // 关闭套接字
    close(sockfd);
 
    return 0;
}

在这个实例中，我们首先使用socket()函数
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
功能：
    阻塞等待客户端的连接请求
参数：
    sockfd：文件描述符，socket函数的返回值
    addr：接收到的客户端的信息结构体（自动填充，定义变量即可）
    addrlen：addr的长度
返回值：
    成功：新的文件描述符（只要有客户端连接，就会产生新的文件描述符，这个新的文件描述符专门与指定的客户端进行通信的）
    失败：-1
创建了一个流式套接字，然后初始化了一个sockaddr_in结构体，将套接字绑定到8080端口和任意IP地址。最后，我们使用bind()函数将套接字与网络信息结构体绑定，如果绑定成功，则会输出"Bind successful"。

4.3 listen函数


#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
功能：
    将套接字设置为被动监听状态，这样做之后就可以接收到连接请求
参数：
    sockfd：文件描述符，socket函数返回值
    backlog：允许通信连接的主机个数，一般设置为5、10
返回值：
    成功：0
    失败：-1

4.4 accept函数


#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
功能：
    阻塞等待客户端的连接请求
参数：
    sockfd：文件描述符，socket函数的返回值
    addr：接收到的客户端的信息结构体（自动填充，定义变量即可）
    addrlen：addr的长度
返回值：
    成功：新的文件描述符（只要有客户端连接，就会产生新的文件描述符，这个新的文件描述符专门与指定的客户端进行通信的）
    失败：-1

4.5 TCP服务器例子


#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
 
#define N 128
 
int main(int argc, char const *argv[])
{
    if(argc < 3)
    {
        fprintf(stderr, "Usage: %s [ip] [port]\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
 
    //第一步：创建套接字
    int sockfd;
    if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
        perror("fail to socket");
        exit(1);
    }
 
    //第二步：将套接字与服务器网络信息结构体绑定
    struct sockaddr_in serveraddr;
    socklen_t addrlen = sizeof(serveraddr);
 
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
 
    if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen) == -1)
    {
        perror("fail to bind");
        exit(1);
    }
 
    //第三步：将套接字设置为被动监听状态
    if(listen(sockfd, 10) == -1)
    {
        perror("fail to listen");
        exit(1);
    }
 
    //第四步：阻塞等待客户端的链接请求
    int acceptfd;
    struct sockaddr_in clientaddr;
    if((acceptfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &addrlen)) == -1)
    {
        perror("fail to accept");
        exit(1);
    }
 
    //打印连接的客户端的信息
    printf("ip:%s, port:%d\n", inet_ntoa(clientaddr.sin_addr), ntohs(clientaddr.sin_port));
 
    //第五步：进行通信
    //tcp服务器与客户端通信时，需要使用accept函数的返回值
    char buf[N] = "";
    if(recv(acceptfd, buf, N, 0) == -1)
    {
        perror("fail to recv");
    }
 
    printf("from client: %s\n", buf);
 
    strcat(buf, " *_*");
    if(send(acceptfd, buf, N, 0) == -1)
    {
        perror("fail to send");
        exit(1);
    }
 
    //关闭套接字文件描述符
    close(acceptfd);
    close(sockfd);
 
    return 0;
}

创建一个TCP套接字。
将套接字与服务器的IP地址和端口号绑定。
将套接字设置为被动监听状态，等待客户端的连接请求。
阻塞等待客户端的连接请求，并接受连接。
打印连接的客户端的IP地址和端口号。
接收客户端发送的数据，并将其打印出来。
向客户端发送数据。
关闭与客户端的连接，并关闭套接字。

执行结果

4.6 close关闭套接字

使用close函数即可关闭套接字关闭一个代表已连接套接字将导致另一端接收到一个0长度的数据包
做服务器时 1>关闭监听套接字将导致服务器无法接收新的连接，但不会影响已经建立的连接 2>关闭accept返回的已连接套接字将导致它所代表的连接被关闭，但不会影响服务器的监听
做客户端时关闭连接就是关闭连接，不意味着其他

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