TCP开发

TCP客户端编程开发

任何的网络编程套接字开发的两种工作模式：TCP网络、UDP网络。

TCP和UDP的介绍

TCP：连接式网络通信，长连接通信或流式通信。TCP的通信一般稳定、可靠，但传输速度往往没有UDP快。其中有这样一个概念----心跳时间，用以保持长链接。而它可靠的原因就是他的三次握手（链接）和四次挥手（断开连接）。类似于打电话。

UDP：报式网络通信，短链接通信方法，或者说无链接。相较于TCP来说，安全可靠性低，但速度超高。类似于发短信。

两者如何选择，取决于在编程中输入的参数。

TCP的三次握手和四次挥手

三次握手

第一次握手：客户端向服务器发送一个 SYN包，其中包含客户端随机生成的初始序列号，记为 seq=x。这个包的作用是向服务器表明客户端想要建立连接，并告知服务器自己的初始序列号。此时客户端进入 SYN_SENT 状态。

第二次握手：服务器接收到客户端的 SYN 包后，会向客户端发送一个 SYN+ACK 包。该包中，确认号为客户端的序列号加 1，即 ack=x+1，表示服务器已经收到了客户端的 SYN 包，并且准备好接收客户端的数据。同时，服务器也会随机生成一个自己的初始序列号 seq=y。此时服务器进入 SYN_RCVD 状态。

第三次握手：客户端收到服务器的 SYN+ACK 包后，会向服务器发送一个 ACK 包。该包的确认号为服务器的序列号加 1，即 ack=y+1，序列号为客户端在第一次握手中发送的序列号加 1，即 seq=x+1。服务器收到这个 ACK 包后，连接建立成功，双方进入 ESTABLISHED 状态，开始进行数据传输。

四次挥手

第一次挥手：主动关闭方（通常是客户端）发送一个 FIN（Finish）包，其中包含主动关闭方的序列号 seq=u，表示主动关闭方已经没有数据要发送了，请求关闭连接。此时主动关闭方进入 FIN_WAIT_1 状态。

第二次挥手：被动关闭方收到 FIN 包后，会发送一个 ACK 包，确认号为主动关闭方的序列号加 1，即 ack=u+1，序列号为被动关闭方自己的序列号 seq=v。此时被动关闭方进入 CLOSE_WAIT 状态，而主动关闭方收到 ACK 包后进入 FIN_WAIT_2 状态。

第三次挥手：被动关闭方在完成数据处理后，也会发送一个 FIN 包，其中序列号为 seq=w（如果在收到 FIN 包后没有新的数据发送，w=v+1），确认号仍然为 ack=u+1。此时被动关闭方进入 LAST_ACK 状态。

第四次挥手：主动关闭方收到被动关闭方的 FIN 包后，会发送一个 ACK 包进行确认，确认号为 ack=w+1，序列号为 u+1。主动关闭方发送完这个 ACK 包后进入 TIME_WAIT 状态，等待一段时间（通常为 2 倍的 MSL，最长报文段寿命）后，如果没有收到被动关闭方的重传请求，则认为连接已经成功关闭，进入 CLOSED 状态。被动关闭方收到 ACK 包后，也会进入 CLOSED 状态。

TCP 的三次握手和四次挥手机制，可以理解为不断加包的过程，保证了网络中数据传输的可靠性和稳定性，使得客户端和服务器之间能够准确地建立连接和关闭连接。

Linux下TCP客户端开发接口函数：

socket();//创建套接字

connect(); //链接xxx服务器

write();//通过套接字发送数据给服务器

read(); //通过套接字读取服务器发来的消息

close(); //关闭链接的服务器

socket();

函数功能：创建一个套接字

函数头文件：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

函数原型： int socket(int domain, int type, int protocol);

函数参数：

domain：AF_INET : IPV4 | AF_INET6: IPV6

type: 你创建的套接字的类型-> TCP/UDP

SOCK_STREAM->流式套接字 TCP

SOCK_DGRAM->报式套接字 UDP

protocol: 如果不是原始套接字这个固定填 0

函数返回值：成功返回一个文件描述符，失败返回负数。基本上不可能失败，除非当前的进程打开的文件超出上限！

Call back open函数，这就好比用open函数打开一个普通文件，open返回的是这个文件的描述符，而socket 返回的是套接字对应的描述符。你之后对这个返回的描述符进行操作，就相当于在操作这个套接字，比如发送和接收数据。

connect();

函数功能：利用套接字链接其他的服务器（可以是内网服务器/也可以公网服务器

函数头文件：

#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

函数原型： int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函数参数：

sockfd：链接服务器的套接字
addr：如果使用的是IPV4的地址，建议使用struct sockaddr_in 结构体充当第二个参数。第二个参数主要作用是提供连接服务器：链接类型（IPV4/IPV6）、端口号、IP地址。

PS：所有网络编程的存储方式为大端！所以在填入端口号时，需要利用htons将原本的小端格式转换为大端格式。例如，htons（55555）==985，小端格式存储的55555，转化为大端格式就是985。

而在填入地址时，也要注意地址本质是一个uint32_t类型的数字。所以需要快速直接转换整型 IP 变成大端可以借助iner_addr函数。例如，整型的大端 IP = inet_addr(字符串 IP)。

函数返回值：该函数会阻塞，直到出现以下两种情况：

链接服务器通过！返回0 | 链接失败/超时，返回负数

TCP客户端获取高德天气数据

#include "sys/types.h"
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"
#include "string.h"
#include "sys/socket.h"
#include "stdio.h"
#include <pthread.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "netinet/in.h"
#define POST "GET https://restapi.amap.com/v3/weather/weatherInfo?city=410102&key=15dfb2a0ae03b142a72afbc9cbbd47e4\r\n"
pthread_t pd;
int skd;
int main(){
    //1. 创建套接字
    skd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
    if(skd < 0){
        perror("socket");
        exit(0);
    }
    printf("套接字创建成功 skd==%d\r\n", skd);
    //2.创建sock_addr
    struct sockaddr_in server_addr = {0};
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(80);//一般是8080或80，使用时可以试一下是哪个
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("106.11.226.133");//高德开发的IP地址
    printf("sockaddr: %d\n",server_addr.sin_addr.s_addr);

    //3. 连接服务器
    int ret = connect(skd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));
    if ((ret<0))
    {
        perror("connect");
        exit(0);
    }
    printf("连接服务器成功\r\n");
    char send_buf[2048] = {0};
    printf("POST==%s\r\n",send_buf);
    usleep(100*100);
    write(skd,POST,103);
    usleep(100*100);
    read(skd,send_buf,sizeof(send_buf));
    printf("send_buf==%s\n",send_buf);
    return 0;
}

实验现象：

TCP服务器编程开发

服务器

服务器就是有被别人连接能力的电脑。服务器分内网和公网两种：

内网服务器：若服务器程序使用的是电脑从路由器或交换机获取的 IP 地址，那么该程序仅能被处于同一网络的主机访问。例如，在 Ubuntu 系统中，服务器所在电脑的 IP 地址为 192.168.222.128 ，只有连接到同一路由器、网关或交换机的主机才能连接此服务器。使用手机热点上网的设备则无法连接该服务器。

公网服务器：要搭建公网服务器，需向联通、移动、电信等运营商申请开通静态 IP 上网服务，与运营商协商使宽带 IP 固定，并获取一定的对外访问权限。理论上，这样搭建的服务器可被全国范围内的用户通过网络连接。但实际上，运营商通常不会支持此类操作。较为可行的做法是将服务器程序部署到阿里云、百度云、腾讯云等云服务器上，如此一来，全球任何位置的用户都能访问该服务器程序。

服务器程序的开发流程：

需要创建一个TCP的套接字----socket()
绑定服务器的属性（IP地址、端口号）----bind()
监听->监测/允许链接的最大数----listen()
接收客户端的链接----accept()
与客户端通信----read()/write()

重点是，就服务器而言，必须要有固定的IP地址和端口号！

在多网卡的情况下，绑定不同的IP地址相当于使用不同网卡上网。

Linux下TCP服务器开发接口函数：

bind()

函数原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

函数功能：绑定给服务器(套接字)固定的IP地址和端口号

函数头文件：

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

函数参数：

sockfd：绑定给服务器的套接字
addr：绑定给服务器的IPV4/IPV6、IP地址、端口号等属性。建议使用struct sockaddr_in类型
addrlen：上个参数的长度

函数返回值：成功返回0 | 失败返回负数

listen()

函数原型：int listen(int sockfd, int backlog);

函数功能：监听服务器，设置服务器的最大连接数

函数头文件：

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

函数参数：

sockfd：设置的套接字（服务器）
backlog：允许链接/要监听的数量

函数返回值：成功返回0 | 失败返回负数

accept()

函数原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

函数功能：接收一个客户的链接。如果调用该函数的时候没有客户链接，则会阻塞，等到有客户链接的时候，便立即返回，达到同步的效果。

函数参数：

sockfd：服务器的套接字
addr：用来存放客户返回的属性
addr_len：一般创建一个socklen_t len;len=sizeof(struct sockaddr_in);并把&len传入其中

函数返回值：返回值是客户的套接字。后续的与该用户通信需要用到这个套接字。

TCP服务器通信测试

#include "sys/types.h"
#include "stdlib.h"
#include "unistd.h"
#include "string.h"
#include "sys/socket.h"
#include "stdio.h"
#include <pthread.h>
#include <arpa/inet.h>
#include "netinet/in.h"
void * Client_read_data_output(void * arg);
int ckd[64]={0};
int ckdcount = 0;
int main(){
    //1. 创建套接字
    int skd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(skd < 0){
        perror("socket");
        exit(0);
    }
    printf("套接字创建成功,skd==%d\r\n", skd);
    //2. 定义sockaddr_in 结构体，并填充所需参数
    struct sockaddr_in server_addr = {0};
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(11112);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("172.20.10.2");
    //3. 给当前套接字绑定一个IP地址和端口号
    int tmp = bind(skd, (struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr));
    if(tmp<0){
        perror("bind");
        exit(0);
    }
    //4. 监听
    tmp = listen(skd,64);//最大允许64个连接
    pthread_t pd;
    //5.轮询地接受客户连接
    struct sockaddr_in Clien_addr;
    socklen_t len = sizeof(Clien_addr);
    while(1){
        ckd[ckdcount++] = accept(skd,(struct sockaddr *)&Clien_addr,&len);
        printf("现在有%d个连接到了我的服务器\r\n",ckdcount);
        pthread_create(&pd, NULL, Client_read_data_output, &ckd[ckdcount-1]);
    }
    return 0;
}
void * Client_read_data_output(void * arg)
{
    int ckd = *((int *)arg);//套接字传入线程
    char buff[1024]={0};
    int len = 0;
    while(1){
        memset(buff, 0, sizeof(buff));
        len = read(ckd, buff, sizeof(buff));
        if(len==0){
            printf("客户%d离线了", ckd);
            close(ckd);
            pthread_exit(NULL);
        }
        printf("来自客户%d的消息:%s\n",ckd,buff);
    }
}

实验现象：