TCP协议简介

一、TCP概述

  TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

【TCP的特点】：

• 面向连接型的传输协议：每一次完整的数据传输都要经过建立连接、使用连接、终止连接的过程；

• 可靠、出错重传、且每收到一个数据都要给出相应的确认，保证数据传输的可靠性；

• TCP连接是基于字节流的，而非报文；传输单位为数据段，每次发送的TCP数据段大小和数据段数都是可变的；

• 仅支持单播传输，支持全双工传输。

二、TCP编程框架

  基于 TCP 的网络编程开发分为服务器和客户端两部分，常见的核心步骤和流程如下：

三、TCP程序设计常用函数

1、connect()函数

#include <sys/socket.h>
int connect( int sockfd, const struct sockaddr *addr, 
			socklen_t len );

• 功能： 主动跟服务器建立连接，有点类似于，我们给别人电话，主动拨对方的电话号码。开启三次握手。
• 参数：
  • sockfd：socket()返回的套接字；
  • addr：连接的服务器地址结构；
  • len：地址结构体长度；
• 返回值： 成功：0 ，失败：-1。

2、send()函数

#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void* buf, size_t nbytes, 
			int flags);

• 功能： 发送数据，最后一个参数为 0 时，可以用 write() 替代（ send 等同于 write ）。注意：不能用 TCP 协议发送 0 长度的数据包。假如，数据没有发送成功，内核会自动重发。
• 参数：
  • sockfd： 已建立连接的套接字；
  • buf： 发送数据的地址；
  • nbytes： 发送缓数据的大小(以字节为单位)；
  • flags： 套接字标志（常为 0）。
• 返回值： 成功：成功发送的字节数 ，失败：<0。

3、recv()函数

#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf,  size_t nbytes, 
			int flags);

• 功能： 接收网络数据，默认的情况下，如果没有接收到数据，这个函数会阻塞，直到有数据到来。
• 参数：
  • sockfd： 已建立连接的套接字；
  • buf： 接收网络数据的缓冲区的地址；
  • nbytes： 发送缓数据的大小(以字节为单位)；
  • flags： 套接字标志（常为 0）。
• 返回值： 成功：成功接收的字节数 ，失败：<0。

4、bind()函数

#include <sys/socket.h>
int bind( int sockfd, const struct sockaddr *myaddr,  
		socklen_t addrlen );

• 功能： 将本地协议地址与 sockfd 绑定，这样 ip、port 就固定了。bind只能绑定自身的地址及端口。
• 参数：
  • sockfd： socket 套接字；
  • myaddr： 指向特定协议的地址结构指针；
  • addrlen：该地址结构的长度；
• 返回值： 成功：返回 0， 失败：<0。

5、listen()函数

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);

• 功能： 将套接字由主动修改为被动，使操作系统为该套接字设置一个连接队列，用来记录所有连接到该套接字的连接。
• 参数：
  • sockfd： socket监听套接字；
  • backlog：连接队列的长度；
• 返回值： 成功：返回 0， 失败：其他。

6、accept()函数

#include <sys/socket.h>
int accept( int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, 
			socklen_t *addrlen );

• 功能： 从已连接队列中取出一个已经建立的连接，如果没有任何连接可用，则进入睡眠等待（阻塞）。
• 参数：
  • sockfd： socket监听套接字；
  • cliaddr： 用于存放客户端套接字地址结构；
  • addrlen：套接字地址结构体长度的地址；
• 返回值： 成功：已连接的客户端的套接字， 失败：<0。

四、connect error: No route to host

  两台机器进行socket通信时，可能在连接时出现错误：connect error: No route to host。出错原因：server端的防火墙设置了过滤规则。解决办法：使用iptables关闭server端的防火墙。

sudo service iptables stop
sudo service iptables start

  如果使用iptables的时候出现了这个问题：iptables: unrecognized service。解决办法可以参考这篇博客：iptables: unrecognized service

五、TCP程序设计demo

【服务器】：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <ctype.h>

// 设置出错处理
void sys_err(const char *str)
{
    perror(str);
    exit(1);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, clit_sockfd;
    struct sockaddr_in serv_addr, clit_addr;
    socklen_t clit_addr_len;
    
    // 初始化服务器地址结构
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8080);
    serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    // 创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sockfd < 0)
        sys_err("socket");
    
    // 绑定套接字
    if (bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
        sys_err("bind");
    
    // 监听客户端是否有发起连接
    if (listen(sockfd, 128) < 0)
        sys_err("listen");

    // 从连接队列头部取出一个已经完成的连接，并返回客户端套接字描述符
    clit_addr_len = sizeof(clit_addr);
    clit_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clit_addr, 
                        &clit_addr_len);
    if (clit_sockfd < 0)
        sys_err("accept");
    
    // 打印已连接的客户端的ip和端口
    char clit_ip[100];
    printf("client ip : %s port : %d\n", inet_ntop(AF_INET,
            &clit_addr.sin_addr.s_addr, clit_ip, sizeof(clit_ip)), 
            ntohs(clit_addr.sin_port));

    char rbuf[512];
    while (1)
    {
        // 清空数组
        memset(rbuf, 0, 512);
        // 接收来自客户端的数据
        recv(clit_sockfd, rbuf, sizeof(rbuf), 0);
        // 把数据写到标准输出
        write(STDOUT_FILENO, rbuf, strlen(rbuf));
        // 把小写字符转换为大写
        for (int i = 0; i < strlen(rbuf); ++i)
            rbuf[i] = toupper(rbuf[i]);
        // 处理后的数据发送到服务器
        send(clit_sockfd, rbuf, strlen(rbuf), 0);
    }
    return 0;
}

【客户端】：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <errno.h>
#include <pthread.h>
#include <signal.h>

// 出错处理
void sys_err(const char *str)
{
    perror(str);
    exit(1);
}

int main(int argc, char **argv)
{
    int clitfd;
    // 服务器ip地址
    char serv_ip[20] = "192.168.202.131";
    if ((clitfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        sys_err("socket");
    // 初始化服务器地址结构
    struct sockaddr_in serv_addr;
    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(8080);
    // 把字符串转换为点分十进制（网络字节序）
    inet_pton(AF_INET, serv_ip, &serv_addr.sin_addr.s_addr);
    
    // 向服务器发起连接
    if (connect(clitfd, (struct sockaddr*)&serv_addr, 
                sizeof(serv_addr)) < 0)
        sys_err("connect");
    
    char rbuf[512];
    char wbuf[512];
    while (1)
    {
        // 清空数组
        memset(wbuf, 0, 512);
        // 从标准输入读数据
        read(STDIN_FILENO, wbuf, sizeof(rbuf));
        // 把从标准输入读取的数据发送到客户端套接字描述符
        send(clitfd, wbuf, strlen(wbuf), 0);
        memset(rbuf, 0, 512);
        // 接收从服务器返回来的数据
        recv(clitfd, rbuf, sizeof(rbuf), 0);
        // 写到标准输出
        write(STDOUT_FILENO, rbuf, strlen(rbuf));
    }
    close(clitfd);
    return 0;
}

参考：
https://blog.youkuaiyun.com/lianghe_work/article/details/45190463