TCP编程

顺序图

socket() 函数

socket()函数用于创建一个新的套接字。它是进行网络编程的第一步，因为所有的网络通信都需要通过套接字来进行。

原型：

#include <sys/socket.h>  

int socket(int domain, int type, int protocol);

    domain：指定协议族，对于TCP/IP网络，它通常是AF_INET（IPv4）或AF_INET6（IPv6）。
    type：指定套接字类型，对于TCP连接，它通常是SOCK_STREAM。
    protocol：指定协议，通常对于AF_INET和SOCK_STREAM，协议为0，表示使用TCP协议。

返回值：成功时返回一个非负整数（套接字描述符），失败时返回-1，并设置errno。

bind() 函数

bind()函数用于将套接字与特定的IP地址和端口号绑定起来。这样，服务器就可以在这个特定的IP地址和端口上监听客户端的连接请求。

原型：

#include <sys/socket.h>  

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

    sockfd：通过socket()函数创建的套接字描述符。
    addr：指向sockaddr结构的指针，该结构包含IP地址和端口号。对于IPv4，通常使用sockaddr_in结构。

addr:采用struct sockaddr的结构体地址,通用结构体

struct sockaddr

{

        sa_family_t sa_family;

        char sa_data[4];

}

struct sockaddr_in

{         基于Internel通信结构体

        as_family_t sin_family;

        in_port_t sin_port;

        struct in_addr sin_addr;

        sin_zero ， //填充字节，需清零

}

struct in_addr

{

        uint32_t s_addr;

}

    addrlen：addr参数指向的地址结构的长度。

返回值：成功时返回0，失败时返回-1并设置errno。

举个例子

其中注释：

• 使用socket()函数创建一个TCP套接字，并将其描述符存储在server_fd中。
• 使用memset()函数将server_addr结构清零，以确保所有未明确设置的字段都被初始化为0。
• 设置server_addr结构的sin_family为AF_INET，表示使用IPv4地址。
• 将sin_addr.s_addr设置为INADDR_ANY，这表示服务器将监听所有可用的网络接口。
• 使用htons()函数将端口号从主机字节序转换为网络字节序，并将其存储在sin_port中。
• 使用bind()函数将套接字server_fd与server_addr指定的地址和端口绑定。
• 注意：示例中没有实现监听连接和接受连接的代码，这些通常通过listen()和accept()函数来完成。
• 最后，使用close()函数关闭套接字以释放资源。

关于使用bind函数的结构体

在bind()函数的调用中，你需要将sockaddr_in结构体的地址（即一个指向该结构体的指针）作为参数传递。你通过取地址操作符&来获取这个地址，并将其强制转换为struct sockaddr *类型（因为bind()函数的原型要求这个参数是struct sockaddr *类型，这是一个更通用的套接字地址结构体指针，sockaddr_in是它的一个特例）。

同时，你需要传递结构体的大小作为bind()函数的第三个参数。这是为了确保函数能够正确地解释传递给它的地址信息。你使用sizeof(server_addr)来获取这个大小。

listen() 函数

listen() 函数用于将套接字设置为监听状态，以接受连接请求。一旦套接字被设置为监听状态，它就可以接受来自客户端的连接请求。

函数原型：

#include <sys/socket.h> 

int listen(int sockfd, int backlog);

    sockfd：是之前通过socket()函数创建的套接字描述符。
    backlog：指定了内核应该为相应套接字排队的最大连接个数。当多个客户端同时尝试连接时，这个参数限制了可以处于半连接状态（即收到SYN包，但还未收到客户端确认的ACK包）的TCP连接的数量。注意，实际可排队的连接数可能会小于请求数，这取决于系统限制。（内核中的服务器的套接字fd会维护2个链表：1正在三次握手的客户端链表（数量=2*backlog+1）2已经完成三次握手分配好了的newfd）。如：listen(fd,5);//表示系统允许11（5*2+1）个客户同时进行三次握手

返回值：成功时返回0；失败时返回-1，并设置errno以指示错误。

accept() 函数

accept() 函数用于接受一个连接。当套接字处于监听状态时，accept() 函数会阻塞（除非套接字被设置为非阻塞模式），直到一个连接请求到达。一旦连接被接受，accept() 会创建一个新的套接字描述符，用于与连接的客户端进行通信，而原始的套接字描述符（即传递给listen()的那个）则继续用于监听新的连接请求。

函数原型：

#include <sys/socket.h> 

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

    sockfd：是之前通过socket()函数创建的并已经通过listen()设置为监听状态的套接字描述符。
    addr：是一个指向sockaddr结构的指针，该结构用于返回连接客户端的地址信息（可以用作查找客户机）。如果不需要客户端的地址信息，可以设置为NULL。
    addrlen：是一个指向socklen_t的指针，用于传入addr结构的大小，并在函数返回时更新为实际返回的地址信息的大小。

返回值：成功时返回一个新的套接字描述符，用于与连接的客户端通信；失败时返回-1，并设置errno以指示错误。

案例（四个函数一起使用）：

关于上述的最后输出的printf("Connection accepted from %s:%d\n"inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));

inet_ntoa() 和 ntohs() 是两个用于网络编程的函数，它们分别用于将网络字节序（network byte order）转换为主机字节序（host byte order）的不同表示形式（socket函数介绍中有提到）。

inet_ntoa()用于将网络地址（通常是IPv4地址）从网络字节序的二进制形式转换为点分十进制字符串表示（例如，将 192.168.1.1 的二进制形式转换为文本字符串 "192.168.1.1"）。

而 ntohs() 则是专门用于将无符号短整型（通常是端口号）从网络字节序转换为主机字节序。

通过上述学习的函数就可以成功写出一个简单的服务器端的代码，如下

如若要写客户端的代码，还需学习一个connect()函数

connect()函数

在网络编程中，connect 函数是一个非常重要的函数，它用于客户端程序来建立一个到服务器的连接。这个函数通常在套接字（socket）编程中使用，特别是在使用TCP协议时。connect 函数尝试将客户端的套接字与服务器上的套接字（或称为端口）建立连接。
函数原型：

在C语言（以及许多其他支持网络编程的语言）中，connect 函数的原型通常如下所示：

#include <sys/types.h>  
#include <sys/socket.h> 

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数说明

    sockfd：这是由socket函数返回的套接字描述符，代表客户端的套接字。
    addr：这是一个指向sockaddr结构（或其变体，如sockaddr_in用于IPv4）的指针，该结构包含了服务器的地址和端口信息。
    addrlen：这是addr参数所指向的结构的长度，以字节为单位。这允许connect函数知道它应该读取多少字节的地址信息。

返回值：

    成功时，connect函数返回0。
    出错时，返回-1，并设置全局变量errno以指示错误类型。

代码如下

实现功能如下

即一发一收，实现数据传递

这个代码可以被优化

下图修改了获取地址，通过这样可以自动搜索地址，无需宏定义地址

原代不能获取客户端的信息，修改之后通过accept()函数获取了客户端的地址与端口号信息

也能实现同样的功能