TCP
TCP是面向连接的传输协议，可靠性传输，建立连接时要经过三次握手，断开连接时要经过四次挥手，中间传输数据时也要回复 ACK 包确认，多种机制保证了数据能够正确到达，不会丢失或出错。
TCP的3次握手过程
1、客户端发送TCP连接请求
客户端会随机一个初始序列号seq=x（client_isn），设置SYN=1，表示这是SYN握手报文。然后 就可以把这个 SYN 报文发送给服务端了，表示向服务端发起连接，之后客户端处于同步已发送状态。
2、服务端发送针对TCP连接请求的确认，服务端收到客户端的SYN报文后，也随机一个初始序列号(server_isn)(seq=y)，设置ack=x+1, 表示收到了客户端的x之前的数据，希望客户端下次发送的数据从x+1开始。设置 SYN=1 和 ACK=1。表示这是一个SYN握手和ACK确认应答报文。
最后把该报文发给客户端，该报文也不包含应用层数据，之后服务端处于同步已接收状态。
3、客户端发送确认的确认
客户端收到服务端报文后，还要向服务端回应最后一个应答报文，将ACK置为 1 ，表示这是一个应答报文ack=y+1 ，表示收到了服务器的y之前的数据，希望服务器下次发送的数据从y+1开始。最后把报文发送给服务端，这次报文可以携带数据，之后客户端处于连接已建立 状态。服务器收到客户端的应答报文后，也进入连接已建立状态
通过这样的三次握手过程，TCP能够确保双方能够收到对方的请求和回应，并且双方都知道彼此的初始序列号和确认号。这样建立起来的连接可以提供可靠的数据传输和顺序控制。
ACK：确认序号有效。
SYN：发起一个新连接。
CLOSED：不在连接状态（这是为方便描述假想的状态，实际不存在）
LISTEN：等待从任何远端TCP 和端口的连接请求。
SYN_SENT：发送完一个连接请求后等待一个匹配的连接请求。syn_sent
SYN_RCVD:这个状态表示接受到了SYN报文，在正常情况下，这个状态是服务器端的SOCKET在建立TCP连接时的三次握手会话过程中的一个中间状态，很短暂，基本上用netstat你是很难看到这种状态的，除非你特意写了一个客户端测试程序，故意将三次TCP握手过程中最后一个ACK报文不予发送。因此这种状态时，当收到客户端的ACK报文后，它会进入到ESTABLISHED状态
ESTABLISHED：表示一个打开的连接，接收到的数据可以被投递给用户。连接的数据传输阶段的正常状态。
为什么是三次握手，为什么不是两次或者四次？
主要原因：防止已经失效的连接请求报文突然又传送到了服务器，从而产生错误
如果采用两次握手会出现以下情况：
客户端向服务器端发送的请求报文由于网络等原因滞留，未能发送到服务器端，此时连接请求报文失效，客户端会再次向服务器端发送请求报文，之后与服务器端建立连接，当连接释放后，由于网络通畅了，第一次客户端发送的请求报文又突然到达了服务器端，这条请求报文本该失效了，但此时服务器端误认为客户端又发送了一次连接请求，两次握手建立好连接，此时客户端忽略服务器端发来的确认，也不发送数据，造成不必要的错误和网络资源的浪费。
如果采用三次握手的话，就算那条失效的报文发送到服务器端，服务器端确认并向客户端发送报文，但此时客户端不会发出确认，由于客户端没有确认，由于服务器端没有接收到确认，就会知道客户端没有请求连接。
为什么不是四次？如果三次就能够确定正常连接，就没有必要在进行确认，来浪费资源了
TCP四次挥手过程
ESTABLISHED：表示一个打开的连接，接收到的数据可以被投递给用户。连接的数据传输阶段的正常状态。
FIN_WAIT_1：等待远端TCP 的连接终止请求，或者等待之前发送的连接终止请求的确认。
FIN_WAIT_2：等待远端TCP 的连接终止请求。
CLOSE_WAIT：等待本地用户的连接终止请求。
CLOSING：等待远端TCP 的连接终止请求确认。
LAST_ACK：等待先前发送给远端TCP 的连接终止请求的确认（包括它字节的连接终止请求的确认）
TIME_WAIT：等待足够的时间过去以确保远端TCP 接收到它的连接终止请求的确认。
数据传输完毕后，双方都可释放连接。最开始的时候，客户端和服务器都是处于ESTABLISHED状态，然后客户端主动关闭，服务器被动关闭。
FIN：断开一个连接标志；
第一次挥手:客户端发出连接释放报文，并且停止发送数据。释放数据报文首部，FIN=1，其序列号为seq=u（等于前面已经传送过来的数据的最后一个字节的序号加1），此时，客户端进入FIN-WAIT-1（终止等待1）状态
第二次挥手 服务器端接收到连接释放报文后，发出确认报文，ACK=1，ack=u+1，并且带上自己的序列号seq=v，此时，服务端就进入了CLOSE-WAIT 关闭等待状态
第三次挥手 客户端接收到服务器端的确认请求后，客户端就会进入FIN-WAIT-2（终止等待2）状态，等待服务器发送连接释放报文，服务器将最后的数据发送完毕后，就向客户端发送连接释放报文，服务器就进入了LAST-ACK（最后确认）状态，等待客户端的确认。
第四次挥手 客户端收到服务器的连接释放报文后，必须发出确认，ACK=1，ack=w+1，而自己的序列号是seq=u+1，此时，客户端就进入了TIME-WAIT（时间等待）状态，但此时TCP连接还未终止，必须要经过2MSL后（最长报文寿命），当客户端撤销相应的TCB后，客户端才会进入CLOSED关闭状态，服务器端接收到确认报文后，会立即进入CLOSED关闭状态，到这里TCP连接就断开了，四次挥手完成
总结：
长连接，保持链接通信
类似我们手机打电话
* 稳定的长连接通信
* 相对来说比较稳定
* 速度相对来说比较慢
* 一般不容易丢失数据--有链接三次握手
* 以及断开链接的四次挥手
步骤：
1》创建套接字：socket：
int socket(int domain, int type, int protocol);
参数
domain: 网域
AF_INET ：
AF_INET6 : IPv6
type：选择传输协议
SOCK_STREAM ；tcp
SOCK_DGRAM ：
protocol：0
返回值
成功返回描述网络套接字sockfd，
失败返回-1
2》绑定：bind
将服务器自己的IP和port与描述网络套接字绑定
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);
参数
sockfd：描述网络套接字sockfd
my_addr：封装ip地址和端口号
struct sockaddr //此结构体不常用
{
unsigned short int sa_family; // AF_INET。
char sa_data[14]; //IP和port
};
上面的结构体不方便：
#include<netinet/in.h>
struct sockaddr_in //常用的结构体
{
unsigned short int sin_family; //AF_INET
uint16_t sin_port; //端口port
struct in_addr sin_addr; //为 IP 地址
unsigned char sin_zero[8]; //未使用
};
struct in_addr
{
uint32_t s_addr; //=inet_addr("192.168.0.159")
};
addrlen：sockaddr 的结构体长度。 通常是计算
返回值
成功则返回 0，失败返回-1
struct sockaddr_in addr;
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.159");
addr.sin_port = htons(12345);
转化
主机(h) -----> 网络(n)
uint16_t htons(uint16_t hostshort);//将一个无符号短整型的主机数值转换为网络字节顺序
网络 ------> 主机
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);//将一个16位数由网络字节顺序转换为主机字节顺序。
3》监听
int listen(int sockfd, int backlog);
参数：
sockfd 描述网络套接字sockfd.
backlog 指定同时能处理的最大连接要求，通常为 10 或者 5。 最大值可设至
返回值：成功则返回 0，失败返回-1
4》等待客户端连接
接受远程计算机的连接请求，建立起与客户机之间的通信连接
int accept( int sockfd,
struct sockaddr *addr,
socklen_t *addrlen);
参数
sockfd 为前面 socket 的返回值，描述网络套接字sockfd.
addr：用于接受客户端的ip地址和端口号，提供空间；
addrlen：第二个参数大小
返回值
返回新的套接字描述符(通信套接字)，专门用于与建立的客户端通信，失败-1
5》write和read进行通信 或者 send和recv进行通信
ssize_t send(int s, const void *buf, size_t len, int flags);
参数
s：新的套接字,即前面 accept 的返回值，通信套接字.
buf:要发送的数据缓冲区
len: 数据长度
flags：一般赋0 .阻塞
返回值：成功返回真正发送的数据长度，失败-1
例题：
1.完成人机交互式沟通，模拟两个人进行交流
//-----------------cli.c 用户
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int fd=0;
void *R_FUN(void *p);
void *W_FUN(void *p);
int main()
{
//1.创建网络套接字
fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//2.连接
struct sockaddr_in ser_addr;
ser_addr.sin_family=AF_INET;
ser_addr.sin_port=htons(11115);
ser_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("172.20.10.4");
int con=connect(fd,(struct sockaddr *)&ser_addr,sizeof(ser_addr));
if(con==-1)
{
perror("connect");
return -1;
}
printf("连接成功，开始沟通\n");
pthread_t r_id,w_id;//创建两个线程分别用来读写
pthread_create(&r_id,NULL,R_FUN,NULL);
pthread_create(&w_id,NULL,W_FUN,NULL);
pthread_join(r_id,NULL);
pthread_join(w_id,NULL);
return 0;
}
void *W_FUN(void *p)
{
//写入
char buf[128]={0};
while(1)
{
memset(buf,0,sizeof(buf));//先把数组清零
printf("请输入信息\n");
scanf("%s",buf);
getchar();
write(fd,buf,sizeof(buf));//通过buf往fd内写
if(strcmp(buf,"bye")==0)
{
close(fd);
exit(0);
}
}
}
void *R_FUN(void *p)
{
//读取
char buf[128]={0};
int a=0;
while(1)
{
memset(buf,0,sizeof(buf));//先把数组清零
a=read(fd,buf,sizeof(buf));//通过buf往fd内写
printf("buf:%s\n",buf);
if(a==0)
{
close(fd);
printf("通信已退出\n");
exit(0);
}
}
}//--------------ser.c 服务器
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
int acc=0;//用于接收accept返回值，创建全局是为了线程用得到
void *R_FUN(void *p);
void *W_FUN(void *p);
int main()
{
//1.创建网络套接字
int sfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
//2.绑定
struct sockaddr_in my_addr;
my_addr.sin_family=AF_INET;
my_addr.sin_port=htons(11115);
my_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
int res = bind(sfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
if(res == -1)
{
perror("bind");
return -1;
}
//3.监听
res = listen(sfd,10);
if(res == -1)
{
perror("listen");
return -1;
}
//4.等待客户端连接
struct sockaddr_in o_addr;
socklen_t size = sizeof(o_addr);
pthread_t r_id,w_id;//创建两个线程分别用来读写
int acc[5]={0};
for(int i=0;i<1000;i++)
{
acc[i]=accept(sfd,(struct sockaddr *)&o_addr,&size);
if(acc[i] == -1)
{
perror("accept");
printf("连接成功，开始沟通\n");
return -1;
}
pthread_create(&w_id,NULL,W_FUN,NULL);
}
pthread_join(w_id,NULL);
return 0;
}
void *W_FUN(void *p)
{
//写入
char buf[128]={0};
while(1)
{
memset(buf,0,sizeof(buf));//先把数组清零
printf("请输入信息\n");
scanf("%s",buf);
getchar();
write(acc[i],buf,sizeof(buf));//通过buf往cfd内写
if(strcmp(buf,"bye")==0)
{
close(acc[i]);
exit(0);
}
}
//读取
char buf[128]={0};
int a=0;
while(1)
{
memset(buf,0,sizeof(buf));//先把数组清零
a=read(acc[i],buf,sizeof(buf));//通过buf往cfd内写
printf("buf:%s\n",buf);
if(a==0)
{
close(acc[i]);
printf("通信已退出\n");
exit(0);
}
}
}2.实现若干人的群聊
服务器ser.c 客户端cli.c
//-------------------------ser.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
void *Fun(void *p);
#define IP "172.20.10.4"
#define PORT 11223
long per[10];//10个人
int main()
{
//1.创建套接字
int sfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//IPV4 tcp协议
if(sfd==-1)//创建套接字失败
{
perror("socket");
return -1;
}
int val = 1;
setsockopt(sfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&val,sizeof(val));
setsockopt(sfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEPORT,&val,sizeof(val));
//2.绑定
struct sockaddr_in s_addr;
s_addr.sin_port=htons(PORT);//端口
s_addr.sin_family=AF_INET;
s_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(IP);//IP地址
int res=bind(sfd,(struct sockaddr *)&s_addr,sizeof(s_addr));
if(res==-1)
{
perror("bind");
return -1;
}
//3.监听
res=listen(sfd,10);
if(res==-1)
{
perror("listen");
return -1;
}
//4.等待客户端连接
struct sockaddr_in o_addr;
socklen_t len=sizeof(o_addr);
pthread_t id[10]={0};
for(int i=0;i<10;i++)//10个人通信
{
per[i]=accept(sfd,(struct sockaddr *)&o_addr,&len);
printf("靓仔%d号已上线\n",sfd);
pthread_create(&id[i],NULL,Fun,(void *)per[i]);//创建线程
}
for(int i=0;i<10;i++)
{
pthread_join(id[i],NULL);
}
}
void *Fun(void *p)
{
//读写
long fd=(long)p;//其他客户
char buf[128]={0};
while(1)
{
memset(buf,0,sizeof(buf));
int a=read(fd,buf,sizeof(buf));
//read阻塞就说明有人下线或者发消息
if(a==0)//下线情况
{
sprintf(buf,"靓仔%ld号已下线\n",fd);
}
//将某某某下线消息发给其他客户端
for(int k=0;k<10;k++)
{
if(per[k]!=fd && per[k]>0)//排除没下线的客户端
{
write(per[k],buf,sizeof(buf));
}
}
//下线客户清除
if(a==0)
{
for(int k=0;k<10;k++)
{
if(per[k]==fd)
{
per[k]=-1;
}
}
//结束当前子线程
pthread_exit(NULL);
}
}
}//---------------------cli.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <pthread.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#define IP "172.20.10.4"
#define PORT 11223
int fd=0;
void *W_FUN(void *p);
void *R_FUN(void *p);
int main()
{
//1.创建套接字
fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
printf("fd = %d\n",fd);
if(fd==-1)
{
perror("socket");
return -1;
}
//2.连接
struct sockaddr_in ser_addr;
ser_addr.sin_family=AF_INET;
ser_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr(IP);
ser_addr.sin_port=htons(PORT);
int res=connect(fd,(struct sockaddr *)&ser_addr,sizeof(ser_addr));
if(res==-1)
{
perror("connect");
return -1;
}
printf("连接成功\n");
//创建读写进程
pthread_t r_id,w_id;
pthread_create(&r_id,NULL,R_FUN,NULL);
pthread_create(&w_id,NULL,W_FUN,NULL);
pthread_join(r_id,NULL);
pthread_join(w_id,NULL);
return 0;
}
void *R_FUN(void *p)
{
char buf[128]={0};
int a=0;
while(1)
{
memset(buf,0,sizeof(buf));
a=read(fd,buf,sizeof(buf));
printf("%s\n",buf);
if(a==0)
{
close(fd);
exit(0);
}
}
}
void *W_FUN(void *p)
{
char buf[128]={0};
while(1)
{
memset(buf,0,sizeof(buf));
scanf("%s",buf);
getchar();
write(fd,buf,sizeof(buf));
if(strcmp(buf,"bye")==0)
{
close(fd);
exit(0);
}
}
}
