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TCP网络编程概述超详解

时间:2024-09-25 20:50:14浏览次数:9  
标签:addr int 编程 TCP server 详解 接字 客户端

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TCP网络编程概述

TCP(Transmission Control Protocol,传输控制协议)是一种面向连接的传输层协议,广泛应用于网络通信。与UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议)不同,TCP提供了可靠的数据传输机制,确保数据能够完整、有序地从发送端传输到接收端。本文将详细介绍TCP协议的特点、TCP与UDP的差异、TCP编程流程以及客户端和服务器的实现方式。

1. TCP协议的特点

TCP具有以下主要特点:

  1. 面向连接:在通信前,TCP必须先建立连接。
  2. 有序号和确认机制:每个数据包都带有序号,接收方需要发送确认序号,确保数据有序接收。
  3. 排序、检错和失败重传:TCP对接收到的数据进行排序,检查数据的完整性,如有错误,会进行重传。
  4. 大文件传输:由于TCP能够分片并重新组装数据包,它特别适合大文件的可靠传输。
  5. 不支持广播和多播:与UDP不同,TCP不支持广播和多播,只支持点对点通信。

在TCP通信中,客户端和服务器的角色各不相同:

  • TCP客户端:主动向服务器发起连接。
  • TCP服务器:被动等待客户端连接。

2. TCP与UDP的差异

特点TCPUDP
面向连接
可靠传输
顺序保证
传输效率较低(需要连接、确认等)较高(无连接、无确认)
数据传输大小限制有(单个数据包有限制)
广播/多播支持

TCP更适合需要可靠传输的应用场景,如文件传输、邮件等,而UDP更适合实时性要求高的应用,如视频、语音传输。

3. TCP编程流程

编写TCP程序时,主要流程如下:

  1. 创建套接字:使用socket()函数创建TCP套接字。
  2. 连接服务器(客户端)或绑定端口监听连接(服务器)。
  3. 发送或接收数据:通过send()recv()函数进行数据交换。
  4. 关闭连接:使用close()函数关闭套接字。
    在这里插入图片描述

TCP网络编程相关函数详解

在编写TCP程序时,通常会使用一系列网络函数来创建套接字、建立连接、发送/接收数据并关闭连接。下面将对TCP网络编程中常用的函数进行详细讲解,以帮助读者更好地理解每个函数的用途及其使用方法。

1. socket():创建套接字

socket()函数是网络编程的基础,用于创建套接字(Socket)。套接字是网络通信的端点,类似于两台设备之间的通信通道。它的定义如下:

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

参数说明:

  • domain:指定通信使用的地址族,常用的有:
    • AF_INET:IPv4网络协议。
    • AF_INET6:IPv6网络协议。
  • type:指定套接字类型,常用的有:
    • SOCK_STREAM:流式套接字,用于TCP连接。
    • SOCK_DGRAM:数据报套接字,用于UDP连接。
  • protocol:一般为0,表示使用默认协议(TCP或UDP)。

返回值:

  • 成功:返回套接字的文件描述符。
  • 失败:返回-1,并设置errno

示例:

int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); // 创建TCP套接字
if (sock < 0) {
    perror("socket creation failed");
}

2. connect():客户端连接服务器

connect()函数用于客户端主动向服务器发起连接请求。在TCP连接中,客户端通过该函数连接指定的服务器。

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

参数说明:

  • sockfd:客户端套接字描述符。
  • addr:服务器的地址结构,通常为struct sockaddr_in
  • addrlen:地址结构的大小。

返回值:

  • 成功:返回0。
  • 失败:返回-1,并设置errno

示例:

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(8000); // 服务器端口号
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("10.35.184.221"); // 服务器IP地址

if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != 0) {
    perror("connect failed");
}

3. bind():服务器绑定地址和端口

bind()函数用于将套接字绑定到指定的IP地址和端口号。服务器需要通过bind()来指定其服务的地址和端口。

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

参数说明:

  • sockfd:服务器套接字描述符。
  • addr:服务器地址结构,通常为struct sockaddr_in
  • addrlen:地址结构的大小。

返回值:

  • 成功:返回0。
  • 失败:返回-1,并设置errno

示例:

struct sockaddr_in server_addr;
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(9000); // 绑定端口9000
server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定本机所有IP

if (bind(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != 0) {
    perror("bind failed");
}

4. listen():监听连接请求

服务器通过listen()函数来监听客户端的连接请求,进入监听状态,准备接受客户端的连接。

int listen(int sockfd, int backlog);

参数说明:

  • sockfd:服务器套接字描述符。
  • backlog:连接队列的大小,表示服务器可以处理的等待连接的客户端数量。

返回值:

  • 成功:返回0。
  • 失败:返回-1,并设置errno

示例:

if (listen(sock, 5) != 0) { // 最大连接等待队列长度为5
    perror("listen failed");
}

5. accept():接受客户端连接

accept()函数用于服务器从连接队列中取出一个客户端连接,生成一个新的套接字,用于和该客户端进行通信。

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

参数说明:

  • sockfd:服务器监听套接字。
  • addr:客户端地址结构,用于存储连接的客户端信息。
  • addrlen:地址结构的大小。

返回值:

  • 成功:返回一个新的已连接套接字描述符,用于与客户端通信。
  • 失败:返回-1,并设置errno

示例:

struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_len = sizeof(client_addr);
int client_sock = accept(sock, (struct sockaddr *)&client_addr, &client_len);
if (client_sock < 0) {
    perror("accept failed");
}

6. send():发送数据

send()函数用于向指定的套接字发送数据。

ssize_t send(int sockfd, const void *buffer, size_t length, int flags);

参数说明:

  • sockfd:套接字描述符。
  • buffer:指向需要发送数据的缓冲区。
  • length:要发送的数据长度。
  • flags:通常为0,可选其他标志位。

返回值:

  • 成功:返回发送的字节数。
  • 失败:返回-1,并设置errno

示例:

char message[] = "Hello, TCP Server!";
if (send(sock, message, strlen(message), 0) < 0) {
    perror("send failed");
}

7. recv():接收数据

recv()函数用于从指定的套接字接收数据。

ssize_t recv(int sockfd, void *buffer, size_t length, int flags);

参数说明:

  • sockfd:套接字描述符。
  • buffer:指向接收数据的缓冲区。
  • length:缓冲区大小。
  • flags:通常为0,可选其他标志位。

返回值:

  • 成功:返回接收到的字节数。
  • 失败:返回-1,并设置errno
  • 如果连接被关闭,返回0。

示例:

char buffer[128];
ssize_t bytes_received = recv(sock, buffer, sizeof(buffer), 0);
if (bytes_received > 0) {
    buffer[bytes_received] = '\0'; // 确保数据是以字符串形式输出
    printf("Received data: %s\n", buffer);
} else if (bytes_received == 0) {
    printf("Connection closed by peer\n");
} else {
    perror("recv failed");
}

8. close():关闭连接

close()函数用于关闭指定的套接字,释放相关资源。

int close(int sockfd);

参数说明:

  • sockfd:需要关闭的套接字描述符。

返回值:

  • 成功:返回0。
  • 失败:返回-1,并设置errno

示例:

close(sock); // 关闭套接字

TCP客户端与服务端的实现案例

TCP客户端实现

在TCP客户端编程中,客户端主动发起与服务器的连接。以下是一个基本的TCP客户端代码示例:

#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

typedef struct sockaddr_in addr_in;
typedef struct sockaddr addr;

int main(int argc, char const *argv[]) {
    // 创建TCP套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
    // 连接TCP服务器
    addr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(8000);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("10.35.184.221");
    
    if (connect(sock, (addr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != 0) {
        perror("connect");
        return -1;
    }
    printf("TCP server connect OK\n");

    // 每2秒发送一次数据
    int n = 0;
    while (1) {
        char data[] = "hi, tcp server!";
        if (send(sock, data, strlen(data), 0) > 0) {
            printf("(%d)发送成功!\n", ++n);
        }
        sleep(2);
    }

    close(sock);
    return 0;
}

TCP服务器实现

TCP服务器是被动的,等待客户端连接。在实现中,服务器需要首先绑定地址并监听客户端连接,接着通过accept()函数接受客户端的连接。以下是一个简单的单聊TCP服务器实现:

#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>

typedef struct sockaddr_in addr_in;
typedef struct sockaddr addr;

typedef struct {
    int sock;
    char ip[INET_ADDRSTRLEN];
} client_info;

void *readTask(void *arg) {
    client_info *info = (client_info *)arg;
    while (1) {
        char buf[128] = "";
        ssize_t len = recv(info->sock, buf, 128, 0);
        if (len > 0) {
            printf("%s: %s\n", info->ip, buf);
        }
    }
}

void *sendTask(void *arg) {
    client_info *info = (client_info *)arg;
    while (1) {
        char buf[128] = "";
        fgets(buf, 128, stdin);
        buf[strlen(buf)-1] = 0;
        send(info->sock, buf, strlen(buf), 0);
        if (strncmp(buf, "bye", 3) == 0) break;
    }
}

int main(int argc, char const *argv[]) {
    if (argc != 2) return -1;

    // 创建TCP套接字
    int sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 设置服务器地址
    addr_in server_addr;
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    if (bind(sock, (addr *)&server_addr, sizeof(server_addr)) != 0) {
        perror("bind");
        return -1;
    }

    listen(sock, 1000);
    printf("TCP server running\n");

    addr_in client_addr;
    socklen_t client_addr_len = sizeof(client_addr);
    int client_sock = accept(sock, (addr *)&client_addr, &client_addr_len);

    if (client_sock > 0) {
        client_info info;
        info.sock = client_sock;
        inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, info.ip, INET_ADDRSTRLEN);
        printf("Client connected: %s\n", info.ip);

        pthread_t read_tid, send_tid;
        pthread_create(&read_tid, NULL, readTask, &info);
        pthread_create(&send_tid, NULL, sendTask, &info);
        pthread_join(send_tid, NULL);
    }

    close(sock);
    return 0;
}

通过上述TCP网络编程的介绍和实例代码,读者可以掌握如何使用TCP协议进行可靠的数据通信,并根据实际需求实现功能丰富的网络应用程序。

标签:addr,int,编程,TCP,server,详解,接字,客户端
From: https://blog.csdn.net/weixin_65477256/article/details/142532919

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