网络协议---TCP

一、UDP协议

1. 核心特点

• 数据传输方式：面向数据包传输。
• 连接特性：无需建立连接即可通信。
• 可靠性：尽最大努力交付，存在数据丢包、乱序等问题，安全性和可靠性较低。
• 传输范围：支持一对一、一对多的传输模式。
• 资源开销：机制简单，网络资源开销小，数据实时性高。

2. 丢包避免方法

• 发送方降低发送速度，保障接收方有充足时间处理数据。
• 模仿TCP的应答机制，通过接收方反馈确认数据接收情况。

3. UDP报文头部

• 总长度：共8字节。
• 包含字段
  • 源端口号：标识发送方网络进程的端口。
  • 目标端口号：标识接收方网络进程的端口。
  • 长度：UDP报文的整体长度，包括头部和正文。
  • 校验和：用于对数据进行差错校验。

二、抓包工具（Wireshark）

1. 功能

抓取通过设备网卡的网络数据，用于调试和分析网络程序。

2. 使用步骤

1. 输入命令sudo wireshark启动工具。
2. 选取要抓取的网卡（如“any”）。
3. 设置过滤条件。
4. 开始抓取数据。
5. 进行一次网络通信以获取数据包。

三、TCP协议

1. 核心特点

• 数据传输方式：面向数据流传输。
• 连接特性：通信前必须建立连接。
• 可靠性：具备安全可靠的传输机制。
• 资源开销：机制复杂，网络资源开销大。
• 传输范围：本质上仅支持一对一通信，通过TCP并发方式可实现一对多通信。

2. 连接机制

• 三次握手（建立连接）：确保收发双方在通信前都已准备就绪。过程为客户端发送SYN（请求建立连接标志位），服务端返回SYN+ACK（请求建立连接+响应报文标志位），客户端再发送ACK（响应报文标志位）。

• 四次挥手（断开连接）：确保断开连接前双方都已完成通信。通过四次交互确认双方数据传输结束后断开连接。

3. 编程流程及关键函数

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能：请求与服务端建立连接
参数：sockfd：套接字addr：要连接的服务端的地址信息addrlen：服务端地址大小
返回值：成功：0失败：-1

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);功能：发送网络数据
参数：sockfd：网络套接字buf：要发送的数据首地址len：发送的字节数flags：0 ：按照默认方式发送
返回值：成功：实际发送的字节数失败：-1

int listen(int sockfd, int backlog);
功能：监听建立三次握手的客户端
参数：sockfd：监听套接字backlog：最大允许监听的客户端个数
返回值：成功：0失败：-1

int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address,socklen_t *restrict address_len);
功能：接收建立三次握手的客户端，并产生一个通讯套接字
参数：socket：监听套接字address：客户端的地址信息address_len：客户端地址长的指针
返回值：成功：通讯套接字失败：-1

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
功能：从网络套接字上接收数据
参数：sockfd：通讯套接字buf：存放接收数据的首地址len：期望接收到的字节数flag ： 0：默认方式接收（阻塞）
返回值：成功：实际接收到的字节数失败：-1对方断开连接：0

4. 粘包问题

• 定义：发送方应用层发送的多包数据，在接收方可能被一次读出，产生粘连。
• 原因
  • 发送方速度快，TCP底层对多包数据重新组帧。
  • 接收方数据处理速度慢，多包数据在接收缓冲区缓存，应用层一次读出。
• 解决方法
  • 调整发送速率。
  • 发送指定大小数据，接收方按对应大小接收（需注意跨平台结构体对齐问题）。
  • 应用层为数据增加分隔符，按分隔符解析。
  • 封装自定义数据帧格式（含帧头、帧尾、有效数据长度、有效数据、校验等），严格按协议解析。

四、重难点

1. UDP和TCP的区别。
2. TCP三次握手和四次挥手机制。
3. TCP粘包问题及解决方法。
4. TCP客户端和服务端的编程流程。

五、代码训练

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.177");int ret = connect(sockfd, (struct  sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("connect error");return -1;   }char buff[1024] = {0};while(1){fgets(buff, sizeof(buff), stdin);ssize_t cnt = send(sockfd, buff, strlen(buff), 0);if(cnt < 0){perror("send error");return -1;}printf("cnt = %ld\n", cnt);}close(sockfd);return 0;
}

#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include <stdlib.h>int main(int argc, char const *argv[])
{int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){perror("socket error");return -1;}struct sockaddr_in seraddr;seraddr.sin_family = AF_INET;seraddr.sin_port = htons(50000);seraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.177");int ret = bind(sockfd, (struct  sockaddr *)&seraddr, sizeof(seraddr));if(ret < 0){perror("connect error");return -1;   }ret = listen(sockfd, 10);if(ret < 0){perror("listern error");return -1;}int connfd = accept(sockfd, NULL, NULL);if (connfd < 0){perror("accept error");return -1;}char buff[1024] = {0};while(1){ssize_t cnt = recv(connfd, buff, sizeof(buff), 0);if(cnt <= 0){perror("recv error");return -1;}printf("cnt = %ld, buff =%s\n", cnt, buff);memset(buff, 0, sizeof(buff));}close(sockfd);close(connfd);return 0;
}