Linux之—网络通信（TCP）

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序列号被加一，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，从网络到主机

实例代码：

/**********TCPserver.c***************************/

#include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <netdb.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #define portnumber 3333int main(int argc, char *argv[]) { int sockfd,new_fd; struct sockaddr_in server_addr; struct sockaddr_in client_addr; int sin_size; int nbytes;char buffer[1024];   //1. socketif((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.bindbzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0server_addr.sin_family=AF_INET;                 // Internetserver_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ipserver_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/sendif((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); } 

/********************TCPclient.c****************************/

#include <stdlib.h> #include <stdio.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <netdb.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include <sys/socket.h> #define portnumber 3333int 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);}