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网络编程（TCP连接）

news 2025/7/15 20:12:35

一、服务器和客户端（单对单）

1、TCP服务器创建流程

1）socket（创建服务器套接字）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建不同类型的套接字用文件描述符
参数 domain：套接字所依赖的网络介质如果是 ipv4 就填入 AF_INET如果是 ipv6 就填入 AF_INET6如果是 域套接字 就填入 AF_LOCAL / AF_UNIX
参数 type：选择套接字的类型SCOK_STREAM：字节流套接字传输数据，连续，可靠，双向，数据量大SOCL_DGRAM：数据包套接字传输数据，不连续，不可靠，有长度要求，双向
参数 protocol：选择套接字所依赖的通信协议0：自动匹配，会根据参数 type 和参数 protocol 自动选择合适的通信协议
返回值：返回创建套接字文件描述符一般来说：AF_INET + SOCK_STREAM + 0 ,最终创建的是 TCP 协议的套接字AF_INET + SOCK_DGRAM  + 0 ,最终创建的是 UDP 协议的套接字

2）定义struct sockaddr_in类型结构体

若为 ipv6 型的 ip地址 则使用结构体 struct sockaddr_in6

struct sockaddr_in {__kernel_sa_family_t  sin_family; /* 依赖的网络介质       */__be16        sin_port;           /* port端口号           */struct in_addr    sin_addr;       /* ip地址               */
};

3）使用bind函数命名套接字

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能：往套接字中写入 ip地址 和 port端口号 （该操作被称为为套接字命名）
参数 sockfd：填写 套接字用文件描述法
参数 addr：通用套接字结构体指针，需要提前准备 struct sockaddr_in 类型的结构体
参数 addrlen：参数 addr 的字节长度

4）listen（设置服务器监听列表）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
功能：将想要连接服务器的客户端加入监听列表，等待客服务器与其连接
参数 sockfd：套接字文件描述符
参数 backlog：监听列表的长度监听列表：所有等待服务器连接的客户端，都会在监听列表等待服务器连接客户端后，会将连接的客户端从监听列表移除若服务器只监听不连接，监听列表被塞满，则不会添加新的客户端到列表

5）accept（接受监听列表中客户端的连接）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
功能：连接监听列表第一个客户端(阻塞函数)
参数 sockfd：接受客户端连接的服务器的套接字
参数 addr：结构体接收已连接的客户端套接字文件中的ip地址和port端口号，若填NULL则不接受连接
参数 addrlen：结构体addr的字节长度
返回值：返回连接的客户端的套接字，没有客户端可连接就阻塞

6）recv | read（接收数据）

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
功能：通过套接字，读取套接字中ip地址所发送的数据
参数 sockfd：由socket创建的套接字文件描述符(要读取的目标)
参数 buf：将读取到的数据存入buf所指向的连续地址(所指向的数组)
参数 len：所读取数据的字节长度
参数 flags：设置函数的状态 阻塞 / 非阻塞0    ：默认阻塞，没有接收到数据就阻塞MSG_DONTWAIT：非阻塞，没有读取到数据直接返回 0 
返回值：阻塞模式：返回接收到数据的字节数，若套接字损坏 返回 -1若服务器与客户端连接断开，则有阻塞函数变为非阻塞函数，并返回 0非阻塞模式：返回接收到数据的字节数，若服务器与客户端断开，返回 -1未接收到参数，则返回 0
=====================================================================
#include <unistd.h>
ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
用法基本一致，IO篇也有详细介绍

7）服务器代码

2、TCP客户端创建流程

 1）socket（创建服务器套接字）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
功能：创建不同类型的套接字用文件描述符
参数 domain：套接字所依赖的网络介质如果是 ipv4 就填入 AF_INET如果是 ipv6 就填入 AF_INET6如果是 域套接字 就填入 AF_LOCAL / AF_UNIX
参数 type：选择套接字的类型SCOK_STREAM：字节流套接字传输数据，连续，可靠，双向，数据量大SOCL_DGRAM：数据包套接字传输数据，不连续，不可靠，有长度要求，双向
参数 protocol：选择套接字所依赖的通信协议0：自动匹配，会根据参数 type 和参数 protocol 自动选择合适的通信协议
返回值：返回创建套接字文件描述符一般来说：AF_INET + SOCK_STREAM + 0 ,最终创建的是 TCP 协议的套接字AF_INET + SOCK_DGRAM  + 0 ,最终创建的是 UDP 协议的套接字

2）定义struct sockaddr_in类型结构体

struct sockaddr_in {__kernel_sa_family_t  sin_family; /* 依赖的网络介质       */__be16        sin_port;           /* port端口号           */struct in_addr    sin_addr;       /* ip地址               */
};

 3）使用bind函数命名套接字

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能：往套接字中写入 ip地址 和 port端口号 （该操作被称为为套接字命名）
参数 sockfd：填写 套接字用文件描述法
参数 addr：通用套接字结构体指针，需要提前准备 struct sockaddr_in 类型的结构体
参数 addrlen：参数 addr 的字节长度

4）connect（通过套接字申请连接服务器）

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能：连接套接字文件描述符指向的服务器
参数 sockfd：要连接的服务器的套接字文件描述符
参数 addr：结构体存储要连接的服务器的ip地址和port端口号
参数 addrlen：结构体addr的长度
返回值：成功连接返回 0 ，失败返回 -1

 5）send | write（发送数据）

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
功能：通过套接字，向套接字中指向的ip地址发送数据
参数 sockfd：填入 socket创建的套接字文件描述符(发送的目标)
参数 buf：填入 要发送的数据的地址
参数 len：填入 要发送的字节的长度
参数 flag：设置函数的状态 阻塞 / 非阻塞0    ：默认阻塞，发送数据给目标，目标的接收区满了，就会发送阻塞MSG_DONTWAIT：非阻塞，发送数据给目标，接收区满了，丢弃新发送的数据
=======================================================================
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
用法基本一致，IO篇也有详细介绍

6）客户端代码

3、TCP存在的问题

1）TCP协议的执行逻辑

将短时间内连续发送的数据存储在一个1500字节的缓存区，每次发送数据，其实时固定发送了1500个字节，这样的好处时大大的提高了发送数据的效率。这也出现了两个问题

2）粘包问题和截断问题

1. 短时间内连续发送的数据（小于1500字节），会被粘连在一起发送（接收端要拆分）

2. 如果要发送的数据总大小超过1500字节，那么超出1500字节的部分，会被截断，留着下次发送

3）解决粘包问题

#include <my_head.h>enum Type{TYPE_REGIST,TYPE_LOGIN
};typedef struct Pack{int size;enum Type type;char buf[4096];int used;// 记录一下当前pack包的buf用了几个字节
}pack_t;// 写一个函数，读取pack包里面的数据
// 参数 1：等待读取的pack包
char** read_data_from_pack(pack_t* pack){// packsize 是整个包的总大小char* buf = pack->buf;// 创建一个堆空间数组，用于向外返回数据//char** list = malloc(sizeof(char*)*20);char** list = calloc(20,sizeof(char*));// 申请堆空间变初始化int i = 0;int readed_size = 0;// 用来记录buf已经读取了多少个字节while(1){short size = *(short*)(buf+readed_size);//printf("size = %d\n",size);if(size == 0){break;}readed_size += 2;char temp[size+1];memset(temp,0,size+1);strncpy(temp,buf+readed_size,size);readed_size += size;//printf("temp = %s\n",temp);list[i] = calloc(1,size+1);strcpy(list[i],temp);i++;}return list;
}int main(int argc, const char *argv[])
{if(argc < 2){printf("请输入端口号\n");return 1;}short port = atoi(argv[1]);// "abc123" -> 0int server = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);struct sockaddr_in addr = {0};addr.sin_family = AF_INET;	addr.sin_port = htons(port);addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");if(bind(server,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr)) == -1){perror("bind");return 1;}listen(server,10);struct sockaddr_in client_addr;int client_len = sizeof(client_addr);int client = accept(server,(struct sockaddr*)&client_addr,&client_len);printf("有客户端连接\n");while(1){int size = 0;int res = read(client,&size,4);// 先读取前4个字节的目的在于：知道一下客户端发来的包到底多大if(res == 0){printf("客户端断开连接\n");return 0;}// 到此为止，我们已经知道了客户端发来的数据包，总共size个字节pack_t pack = {0};pack.size = size;res = read(client,(char*)&pack+4,size-4);//printf("packsize = %d\n",size);//printf("type = %d\n",pack.type);// (char*)&pack+4 含义为：将读取的数据，码放在pack首地址偏移4个字节的位置处// size - 4含义为：整个数据包只有size个字节，前面74行已经读取了4个字节，现在只剩 size - 4个字节可读// 到目前为止，我们只是将客户端发来的数据，读取到了pack数据包里面而已// 还没有解包// 开始解包char** list = read_data_from_pack(&pack);printf("账号 = %s\n",list[0]);printf("密码 = %s\n",list[1]);}return 0;
}

二、服务器和多客户端（单对多）

普通的cs架构是无法实现单服务器连接多客户端的，准确来说是，可以实现但是功能十分受限
因为 accept 函数和read 函数是阻塞函数，而这两个函数在一起会互相阻塞，互相影响。 

1、多线程服务器

2、多进程服务器

3、多路文件IO

功能：在单线程中，可以顺畅的调用多个阻塞函数，但是不会互相影响

该功能通过监视列表和激活列表实现

1）监视列表：

用户需要通过套接字文件描述符手动的将想要监视的对象，和可能发送信息的对象，加入监视列表多路文件IO会监视列表中的所有套接字文件描述符，看哪个套接字发送了信息，就激活哪个。

2）激活列表：

套接字发送了信息，变为可读，自动激活，自动将套接字文件描述符加入激活列表，进入激活列表
说名这个套接字是可读的，或者待连接的，使用阻塞函数 accept 或 recv 等，是不会被阻塞的。

3）多路文件IO的操作流程

1. 创建监视列表

2. 将想要监视的套接字的文件描述符加入监视列表

3. 使用多路IO模型的函数监视监视列表

4. 从激活列表中取出已激活的描述符使用

4、select模型

select 模型是最早的多路IO模型

1）创建 select 模型的监视列表

fd_set listfd_set 是select监视列表的数据类型list 是监视列表

2）操作 监视列表

/* According to POSIX.1-2001, POSIX.1-2008 */
#include <sys/select.h>/* According to earlier standards */
#include <sys/time.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

3）select 模型的监视函数

4）select 模型代码

5）select 模型的优缺点

5、poll 模型

1）创建 poll 的监视列表

2）操作监视列表

3）poll 模型监视函数

4）poll 模型代码

5）poll 模型的优缺点

6、epoll 模型

仅当Liunx内核版本为 2.6.8 及以上的时候才能使用，windows是使用不了的

1）创建 epoll 的监视列表

#include <sys/epoll.h>int epoll_create(int size);
功能：创建epoll列表，并监视监视列表，但由于数量固定不可动态扩容已弃用
============================================================================
int epoll_create1(int flags);
功能：创建并监视 epoll 列表，且监视列表的数量自动扩容
参数 flags：现阶段只能填写 EPOLL_CLOEXEC其实这一步直接写 int epfd = epoll_create1(EPOLL_CLOEXEC); 即可

2）操作监视列表

#include <sys/epoll.h>
int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);

3）epoll 模型监视函

#include <sys/epoll.h>int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout);
int epoll_pwait(int epfd, struct epoll_event *events,int maxevents, int timeout,const sigset_t *sigmask);

4）epoll 模型代码

5）epoll 模型的两个模式

1. 水平模式
2. 边缘模式

6）epoll 模型的优缺点

http://www.xdnf.cn/news/1124317.html

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