TCP把連接作為最基本的對象，每一條TCP連接都有兩個端點，這種端點我們稱為套接字(socket)。端口號拼接到IP地址后面就構成了套接字，例如192.0.0.32：80。IP協議雖然能把數據報文送到目的主機，但是並沒有交付給主機的具體應用進程，而端到端的通信才是應用進程之間的通信。
數據包格式
TCP報文是TCP層傳輸的數據單元，也叫報文段。TCP報文的格式如下圖：
TCP報文中的標志位：
- URG:緊急指針標志，為1時表示緊機指針有效，為0時則忽略緊急指針
- ACK: 確認序號標志。為1時表示確認號有效，為0時表示報文中不含確認信息，忽略確認號字段。
- PSH: push標志，為1表示是帶有push標志的數據，指示接收方在接收到該報文段以后，應盡快將這個報文段交給應用程序，而不是在緩沖區排隊
- RST: 重置連接標志，用於重置由於主機崩潰或其他原因而出現錯誤的連接。或者用於拒絕非法的報文段和拒絕連接請求。
- SYN: 同步序號，用於建立連接過程，在連接請求中，SYN=1和ACK=0表示該數據段沒有使用捎帶的確認域，而連接應答捎帶一個確認，即SYN=1和ACK=1
- FIN: finish標志，用於釋放連接，為1時表示發送方已經沒有數據發送了，即關閉本方數據流
建立連接（三次握手）
TCP通信時的建立連接需要三次握手，意思是建立連接的時候，客戶端與服務器之間需要三次數據包的交流。
- 客戶端發送給服務器一個請求連接數據包，即發送了一個指向服務器目標端口的一個SYN位為1的TCP報文
- 服務器接收到客戶端的連接請求之后，會回應一個SYN位為1的TCP報文，表示同意連接。並且會把ACK位也置1表示確認收到上次消息
- 客戶端收到服務器的同意連接的數據包之后，還要回復一個ACK位1的TCP報文，表示確認收到
數據傳輸
TCP是以段為單位發送數據的，在建立TCP連接的同時，每個數據包的長度也被確定下來，一般稱其為最大消息長度（MSS: Maximum Segment Size）。TCP在傳輸大量數據時，是以MSS的大小將數據進行分割發送的，進行重發時也是以MSS為單位。兩端的主機在發出建立連接的請求時，會在TCP首部中寫入MSS選項，告訴對方自己的接口能夠適應的MSS的大小。為附加MSS選項，TCP的首部將不再是20字節，而是4字節的整數倍。會在兩者之間選擇一個較小的值投入使用。
斷開連接（四次揮手）
四次揮手，意思就是釋放連接的時候客戶端與服務器之間需要四次數據包的交流。
- 客戶端發送給服務器一個請求釋放連接的數據包，即發送了一個指向服務器目標端口的一個FIN位為1的TCP報文，表示客戶端沒有數據要發送了，但是仍然可以接收數據。並且ACK位也為1，表示對上次傳輸數據結果的確認。並且之后處於等待狀態，等待服務器的兩次回應
- 服務器接收到客戶端的釋放連接請求之后，會先回應一個ACK位為1的報文，表示確認收到。但是這時服務器可能還有數據沒有發送完成，繼續發送數據
- 服務器發送完數據之后，發送一個FIN為1的TCP報文，表示我也沒有要發送的數據了，你可以釋放連接了，當然ACK位仍為1
- 客戶端接受到服務器的同意釋放連接的數據包之后，回復一個ACK為1的TCP報文，表示數據收到
基礎
socket編程一般采用客戶端-服務器模式（即由客戶進程向服務器進程發出請求，服務器進程執行請求的任務並將執行結果返回給客戶進程的模式）
TCP客戶端流程
TCP客戶端socket編程流程
- 創建socket:Socket()
- 建立連接:Connect()
- 通信:Send()Recv()
- 關閉socket: CloseSocket()
TCP客戶端編碼
- hostent結構體
hostent結構體
The hostent structure is defined in <netdb.h> as follows:
struct hostent {
char *h_name; /* official name of host */
char **h_aliases; /* alias list */
int h_addrtype; /* host address type */
int h_length; /* length of address */
char **h_addr_list; /* list of addresses */
}
#define h_addr h_addr_list[0] /* for backward compatibility */
The members of the hostent structure are:
h_name
The official name of the host.
h_aliases
An array of alternative names for the host, terminated by a NULL pointer.
h_addrtype
The type of address; always AF_INET or AF_INET6 at present.
h_length
The length of the address in bytes.
h_addr_list
An array of pointers to network addresses for the host (in network byte order), terminated by a NULL pointer.
h_addr The first address in h_addr_list for backward compatibility.
- gethostbyname & gethostbyaddr 過時了，應用應該使用getaddrinfo和getnameinfo.TCP客戶端
static const char send_data[] = "This is TCP Client from RT-Thread."; /* 發送用到的數據 */
void tcpclient(int argc, char **argv)
{
int ret;
char *recv_data;
struct hostent *host;
int sock, bytes_received;
struct sockaddr_in server_addr;
const char *url;
int port;
if (argc < 3)
{
rt_kprintf("Usage: tcpclient URL PORT\n");
rt_kprintf("Like: tcpclient 192.168.12.44 5000\n");
return ;
}
url = argv[1];
port = strtoul(argv[2], 0, 10);
/* 通過函數入口參數url獲得host地址（如果是域名，會做域名解析） */
host = gethostbyname(url);
/* 分配用於存放接收數據的緩沖 */
recv_data = rt_malloc(BUFSZ);
if (recv_data == RT_NULL)
{
rt_kprintf("No memory\n");
return;
}
/* 創建一個socket，類型是SOCKET_STREAM，TCP類型 */
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
/* 創建socket失敗 */
rt_kprintf("Socket error\n");
/* 釋放接收緩沖 */
rt_free(recv_data);
return;
}
/* 初始化預連接的服務端地址 */
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(port);
server_addr.sin_addr = *((struct in_addr *)host->h_addr);
rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
/* 連接到服務端 */
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
/* 連接失敗 */
rt_kprintf("Connect fail!\n");
closesocket(sock);
/*釋放接收緩沖 */
rt_free(recv_data);
return;
}
else
{
/* 連接成功 */
rt_kprintf("Connect successful\n");
}
while (1)
{
/* 從sock連接中接收最大BUFSZ - 1字節數據 */
bytes_received = recv(sock, recv_data, BUFSZ - 1, 0);
if (bytes_received < 0)
{
/* 接收失敗，關閉這個連接 */
closesocket(sock);
rt_kprintf("\nreceived error,close the socket.\r\n");
/* 釋放接收緩沖 */
rt_free(recv_data);
break;
}
else if (bytes_received == 0)
{
/* 默認 recv 為阻塞模式，此時收到0認為連接出錯，關閉這個連接 */
closesocket(sock);
rt_kprintf("\nreceived error,close the socket.\r\n");
/* 釋放接收緩沖 */
rt_free(recv_data);
break;
}
/* 有接收到數據，把末端清零 */
recv_data[bytes_received] = '\0';
if (strncmp(recv_data, "q", 1) == 0 || strncmp(recv_data, "Q", 1) == 0)
{
/* 如果是首字母是q或Q，關閉這個連接 */
closesocket(sock);
rt_kprintf("\n got a 'q' or 'Q',close the socket.\r\n");
/* 釋放接收緩沖 */
rt_free(recv_data);
break;
}
else
{
/* 在控制終端顯示收到的數據 */
rt_kprintf("\nReceived data = %s ", recv_data);
}
/* 發送數據到sock連接 */
ret = send(sock, send_data, strlen(send_data), 0);
if (ret < 0)
{
/* 接收失敗，關閉這個連接 */
closesocket(sock);
rt_kprintf("\nsend error,close the socket.\r\n");
rt_free(recv_data);
break;
}
else if (ret == 0)
{
/* 打印send函數返回值為0的警告信息 */
rt_kprintf("\n Send warning,send function return 0.\r\n");
}
}
return;
}
TCP服務端流程
- 創建socket：socket()
- 將創建的socket綁定到一個IP地址和端口號上:bind()
- 設置socket為監聽模式:listen()
- 接受請求並返回socket:accept()。accept會阻塞住等待接收消息
- 與客戶端進行通信recv() & send()
- 關閉socket:close()
TCP服務端編碼
static void tcpserv(int argc, char **argv)
{
char *recv_data; /* 用於接收的指針，后面會做一次動態分配以請求可用內存 */
socklen_t sin_size;
int sock, connected, bytes_received;
struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
rt_bool_t stop = RT_FALSE; /* 停止標志 */
int ret;
recv_data = rt_malloc(BUFSZ + 1); /* 分配接收用的數據緩沖 */
if (recv_data == RT_NULL)
{
rt_kprintf("No memory\n");
return;
}
/* 一個socket在使用前，需要預先創建出來，指定SOCK_STREAM為TCP的socket */
if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
{
/* 創建失敗的錯誤處理 */
rt_kprintf("Socket error\n");
/* 釋放已分配的接收緩沖 */
rt_free(recv_data);
return;
}
/* 初始化服務端地址 */
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(5000); /* 服務端工作的端口 */
server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
rt_memset(&(server_addr.sin_zero), 0, sizeof(server_addr.sin_zero));
/* 綁定socket到服務端地址 */
if (bind(sock, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(struct sockaddr)) == -1)
{
/* 綁定失敗 */
rt_kprintf("Unable to bind\n");
/* 釋放已分配的接收緩沖 */
rt_free(recv_data);
return;
}
/* 在socket上進行監聽 */
if (listen(sock, 5) == -1)
{
rt_kprintf("Listen error\n");
/* release recv buffer */
rt_free(recv_data);
return;
}
rt_kprintf("\nTCPServer Waiting for client on port 5000...\n");
while (stop != RT_TRUE)
{
sin_size = sizeof(struct sockaddr_in);
/* 接受一個客戶端連接socket的請求，這個函數調用是阻塞式的 */
connected = accept(sock, (struct sockaddr *)&client_addr, &sin_size);
/* 返回的是連接成功的socket */
if (connected < 0)
{
rt_kprintf("accept connection failed! errno = %d\n", errno);
continue;
}
/* 接受返回的client_addr指向了客戶端的地址信息 */
rt_kprintf("I got a connection from (%s , %d)\n",
inet_ntoa(client_addr.sin_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
/* 客戶端連接的處理 */
while (1)
{
/* 發送數據到connected socket */
ret = send(connected, send_data, strlen(send_data), 0);
if (ret < 0)
{
/* 發送失敗，關閉這個連接 */
closesocket(connected);
rt_kprintf("\nsend error,close the socket.\r\n");
break;
}
else if (ret == 0)
{
/* 打印send函數返回值為0的警告信息 */
rt_kprintf("\n Send warning,send function return 0.\r\n");
}
/* 從connected socket中接收數據，接收buffer是1024大小，但並不一定能夠收到1024大小的數據 */
bytes_received = recv(connected, recv_data, BUFSZ, 0);
if (bytes_received < 0)
{
/* 接收失敗，關閉這個connected socket */
closesocket(connected);
break;
}
else if (bytes_received == 0)
{
/* 打印recv函數返回值為0的警告信息 */
rt_kprintf("\nReceived warning,recv function return 0.\r\n");
closesocket(connected);
break;
}
/* 有接收到數據，把末端清零 */
recv_data[bytes_received] = '\0';
if (strcmp(recv_data, "q") == 0 || strcmp(recv_data, "Q") == 0)
{
/* 如果是首字母是q或Q，關閉這個連接 */
closesocket(connected);
break;
}
else if (strcmp(recv_data, "exit") == 0)
{
/* 如果接收的是exit，則關閉整個服務端 */
closesocket(connected);
stop = RT_TRUE;
break;
}
else
{
/* 在控制終端顯示收到的數據 */
rt_kprintf("RECEIVED DATA = %s \n", recv_data);
}
}
}
/* 退出服務 */
closesocket(sock);
/* 釋放接收緩沖 */
rt_free(recv_data);
return ;
}
參考文獻
本文作者: CrazyCatJack
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