网络通信协议TCP

程序员文章站 2022-06-30 19:15:04

...

TCP的上一层是应用层，TCP向应用层提供可靠的面向对象的数据流传输服务，TCP数据传输实现了从一个应用程序到另一个应用程序的数据传递。它能提供高可靠性通信(即数据无误、数据无丢失、数据无失序、数据无重复到达的通信。)，应用程序通过向TCP层提交数据接发送/收端的地址和端口号而实现应用层的数据通信。
通过IP的源/目的可以惟一地区分网络中两个设备的连接，通过socket的源/目的可以惟一地区分网络中两个应用程序的连接。
三次握手
TCP是面向连接的，所谓面向连接，就是当计算机双方通信时必需先建立连接，然后进行数据通信，最后拆除连接三个过程。TCP在建立连接时又分三步走：
第一步（A->B）：主机A向主机B发送一个包含SYN即同步（Synchronize）标志的TCP报文，SYN同步报文会指明客户端使用的端口以及TCP连接的初始序号；
第二步（B->A）：主机B在收到客户端的SYN报文后，将返回一个SYN+ACK的报文，表示主机B的请求被接受，同时TCP序号被加一，ACK即确认（Acknowledgement）。
第三步（A->B）：主机A也返回一个确认报文ACK给服务器端，同样TCP***被加一，到此一个TCP连接完成
TCP/IP核心协议
三次握手

UDP
UDP即用户数据报协议，是一种面向无连接的不可靠传输协议，不需要通过3次握手来建立一个连接，同时，一个UDP应用可同时作为应用的客户或服务器方。
由于UDP协议并不需要建立一个明确的连接，因此建立UDP应用要比建立TCP应用简单得多。UDP比TCP协议更为高效，也能更好地解决实时性的问题，如今，包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都使用UDP协议。

TCP/IP核心协议
协议选择
协议的选择应该考虑到数据可靠性、应用的实时性和网络的可靠性。
对数据可靠性要求高的应用需选择TCP协议，而对数据的可靠性要求不那么高的应用可选择UDP传送。

TCP协议中的3次握手、重传确认等手段可以保证数据传输的可靠性，但使用TCP协议会有较大的时延，因此不适合对实时性要求较高的应用；而UDP协议则有很好的实时性。
网络状况不是很好的情况下需选用TCP协议（如在广域网等情况)，网络状况很好的情况下选择UDP协议可以减少网络负荷。

Socket是一个网络接口，不同的协议之间的差异性操作，则交给socket自行解决
是一种特殊的IO接口，是一种文件描述符；
是一种常用的进程之间的通信，本地，不同主机之间通信；
Socket可用网络地址结构
{协议，本地地址，本地端口}表示

套接字类型：
1.流式套接字SOCK_STREAM
流式的套接字可以提供可靠的、面向连接的通讯流。它使用了TCP协议。TCP保证了数据传输的正确性和顺序性；
2. 数据报套接字SOCK_DGRAM
数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠，无差错,它使用数据报协议UDP。
3. 原始套接字SOCK_RAM
原始套接字允许对低层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议的测试等。
对底层协议进行访问，不方便，对一些协议开发。

地址结构：

struct sockaddr_in
    {
       short int sin_family;  /* Internet地址族 */
       unsigned short int sin_port;  /* 端口号 */
       struct in_addr sin_addr;   /* IP地址 */
       unsigned char sin_zero[8];  /* 填0 */
     }；

   编程中一般并不直接针对sockaddr数据结构操作，而是使用与sockaddr等价的sockaddr_in数据结构

现在让我们来看一下一个基于TCP/IP的服务器的流程
1. 创建一个socket，用函数socket()
2. 绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind()
3.设置允许的最大连接数，用函数listen()
4.接收客户端上来的连接，用函数accept()
5.收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write()
6.关闭网络连接

基于TCP/IP的客户端
1.创建一个socket，用函数socket()
2.设置要连接的对方的IP地址和端口等属性
3.连接服务器，用函数connect()
4.收发数据，用函数send()和recv()，或者
read()和write()
5.关闭网络连接

1、socket()
函数的作用：创建一个socket()套接字
函数的头文件：#include <sys/socket.h>
函数的原型：int socket(int domain, int type, int protocol);
函数的参数：
Domain：表示使用何种地址类型
AF_INET：IPV4网络络协议
AF_INET6：IPV6网络协议
Type：SOCK_STREAM，TCP：面向数据流的
SOCK_DGRAM，UDP：使用不连续不可信赖的数据包连接
SOCK_RAW 提供原始网络协议
Protocol：指定传输协议编号，一般设为0即可
函数的返回值：
成功：返回套接字描述符
出错：-1

2、bind()
函数的作用：绑定IP地址
函数的原型：int bind(int sockfd, struct sockaddr * hostaddr, int addrlen)
函数的头文件：#include <sys/types.h>

#include <sys/socket.h>

函数的参数：
Sockfd：socket套接字描述符
Hostaddr：主机的地址
Addrlen：sockaddr的地址长度

    Struct sockaddr_in
    {
        Unsigned short sin_family;       网络协议
        Uint6_t  sin_port;             端口号
        Struct in_addr sin_addr;          地址
        Unsigned char size_zero[8];        未使用
    }；

3、listen()
函数的作用：监听网络、等待连接
函数的原型：int listen(int sockfd, int backlog)
函数的参数：
Sockfd：套接字描述符
Backlog：允许接入的客户端的数目
函数的返回值：
成功：返回0，
出错：返回 -1
*注意：listen并没有连线，只是设置socket的listen模式，真正连线的是accept。

4、accept()
函数的作用：接受网络连接，客户端的连接（这是三次握手的地方）
函数的原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);
函数的参数：
Sockfd：套接字描述符
Addr：连接成功、填充远端客户机的地址
Addrlen：struct sockaddr的长度
函数的返回值：
成功：返回新的套接字描述符(new_sockfd)….与之前的描述符不同
出错：返回 -1

5、send()
函数的作用：经过socket传送数据，向对方发送数据
函数的原型：int send(int new_sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags)
函数的参数：
New_sockfd：由accept建立起来的socket连接描述符，连接远方的IP地址
Msg：发送的数据
Len：发送的数据长度
Flags：一般设为0
函数的返回值：
成功：实际传送出去的字节数
出错：返回 -1.

6、recv()
函数的作用：经过socket接受数据
函数的原型：int recv(int new_sockfd, void *buf, int len, unsigned flags)
函数的参数：
New_sockfd：accept以后的socket套接字描述符
Buf：存放地址
Len：接收数据的长度
Flags：一般设为0
函数的返回值：
成功：返回接收的字节数
出错：返回 -1.

7、connect()
函数的作用：建立socket连接，通常客户端连接服务器使用
函数的原型：int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen)
函数的参数：
Sockfd：socket套接字描述符
Serv_addr：表示要连接的服务器的地址
Addrlen：struct sockaddr的长度
函数的返回值：
成功：返回0
出错：返回 -1

8、sendto()
函数的作用：传送socket数据，一般UDP使用
函数的原型：int sendto(int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *todaar, int tolen)
函数的参数：
Sockfd：套接字描述符
Msg：发送的消息内存
Len：消息长度
Toaddr：要发送消息的目的地址
Tolen：sizeof(struct sockaddr)
函数的返回值：
成功：返回实际传送的字节数
出错：返回 -1

9、recvfrom()
函数的作用：从socket接收数据
函数的原型：int recvfrom(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr * fromaddr, int fromlen)
函数的参数：同sendto 一样
函数的返回值：
成功：返回实际接收的字节数
出错：返回 -1.

常用的字节序的转化函数：
函数的头文件：#include <arpa/inet.h>
从主机发送到网络：
Uint32_t htonl(uint32_t hostint32); 32位数据传送，从主机到网络。
Uint16_t htons(uint16_t hostint16); 16位数据传送，从主机到网络.

从网络到主机：
Uint32_t ntohl(uint32_t netint32); 32位的数据接收，从网络到主机
Uint16_t ntohs(uint16_t netint16); 16位的数据接收，从网络#include

include

define portnumber 3333

int main(int argc, charchar *argv[])
{
int sockfd,new_fd;
struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
int sin_size;
int nbytes;
char buffer[1024];

//1. socket
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) // AF_INET:IPV4;SOCK_STREAM:TCP
{
fprintf(stderr,”Socket error:%s\n\a”,strerror(errno));
exit(1);
}
//2.bind
bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
server_addr.sin_family=AF_INET; // Internet
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)和任何主机通信 //INADDR_ANY 表示可以接收任意IP地址的数据，即绑定到所有的IP
//server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(“192.168.1.1”); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
// server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(“192.168.1.199”);//;htonl(INADDR_ANY);

/* 捆绑sockfd描述符到IP地址 */     
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)     
{     
    fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));     
    exit(1);     
}

//3.listen
if (listen(sockfd, 5)==-1)
{
printf(“listen error\n”);
}
while(1)
{
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
printf(“1\n”);
//4.accept
if( new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)(&client_addr), &sin_size) <0)
{
printf(“accept error.\n”);
}
fprintf(stderr,”Server get connection from %s\n”,inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
//5.recv/send
if((nbytes=read(new_fd,buffer,1024))==-1)
{
fprintf(stderr,”Read Error:%s\n”,strerror(errno));
exit(1);
}
buffer[nbytes]=’\0’;
printf(“Server received %s\n”,buffer);

    /* 这个通讯已经结束 */     
    close(new_fd);     
    /* 循环下一个 */     
}     

/* 结束通讯 */     
close(sockfd);     
exit(0);

} `

include

define portnumber 3333

int main()
{
int sockfd;
struct sockaddr_in serv_addr;
int addlen=sizeof(struct sockaddr);
char buf[512]=”hello world”;

//1.socket
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))==-1)
{
printf(“socket error”);
}

 bzero(&serv_addr,sizeof(serv_addr));    
 serv_addr.sin_family = AF_INET;    
 serv_addr.sin_port =  htons(portnumber);    
 serv_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.199");    
//2.connect    
if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr)) <0)    
{    
    printf("connect error\n");    
}    





//3.send

if( send(sockfd, buf, strlen(buf), 0 ) <0)
{
printf(“send error\n”);
}
//4.close
close(sockfd);
}

相关标签： socket 通信网络应用

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网络通信协议TCP

include

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include

define portnumber 3333

include

include

include

include

include

include

include

include

define portnumber 3333

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