概述

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。

TCP 具有以下特点：

1）电话系统服务模式的抽象

2）每一次完整的数据传输都要经过建立连接、使用连接、终止连接的过程

3）可靠、出错重传、且每收到一个数据都要给出相应的确认，保证数据传输的可靠性

TCP 编程的 C/S 架构

基于 TCP 的网络编程开发分为服务器端和客户端两部分，常见的核心步骤和流程如下：

TCP 客户端编程

对于 TCP 客户端编程流程，有点类似于打电话过程：找个可以通话的手机（socket() ） -> 拨通对方号码并确定对方是自己要找的人（ connect() ） -> 主动聊天（ send() 或 write() ）-> 或者，接收对方的回话（ recv() 或 read() ）-> 通信结束后，双方说再见挂电话（close() ）。

所需头文件：#include <sys/socket.h>

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

功能：

创建一个用于网络通信的 socket套接字（描述符），详细用法，请看《套接字的介绍》

参数：

family：本示例写 AF_INET，代表 IPv4

type：本示例写 SOCK_STREAM，代表 TCP 数据流

protocol：这里写 0，设为 0 表示使用默认协议

返回值：

成功：套接字

失败 < 0

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

功能：

主动跟服务器建立连接，有点类似于，我们给别人电话，主动拨对方的电话号码，具体是怎么一个过程，请《connect()、listen()和accept()三者之间的关系》。

参数：

sockfd：socket()返回的套接字

addr：连接的服务器地址结构

len：地址结构体长度

返回值：

成功：0

失败：-1

connect() 函数相当于拨号码，只有拨通号码并且确定对方是自己要找的人（三次握手）才能进行下一步的通信。

ssize_t send(int sockfd, const void* buf, size_t nbytes, int flags);

功能：

发送数据，最后一个参数为 0 时，可以用 write() 替代（ send 等同于 write ）。注意：不能用 TCP 协议发送 0 长度的数据包。假如，数据没有发送成功，内核会自动重发。

参数：

sockfd：已建立连接的套接字

buf：发送数据的地址

nbytes：发送缓数据的大小(以字节为单位)

flags：套接字标志（常为 0）

返回值：

成功：成功发送的字节数

失败 < 0

虚拟机中Redhat5.5的 TCP 客户端程序代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>#define PORT 10086
#define SIZE 128/***服务端:*    a. 创建一个套字*    b. 初始化结构体*    c. 绑定*    d. 监听 设置监听队列的大小*    e. 接受客户端的连接*    f. 读写操作**/int main(void)
{int sockfd = 0;int newfd = 0;int ret = -1;char buf[SIZE];struct sockaddr_in sockaddr;struct sockaddr_in fromaddr;socklen_t len = sizeof(fromaddr);//a. 创建套接子sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == sockfd){perror("socket"); goto err0;}//b. 初始化结构体memset(&sockaddr, 0, sizeof(sockaddr));sockaddr.sin_family = AF_INET; //ipv4sockaddr.sin_port = htons(PORT);sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("172.16.1.88");//绑定ret = bind(sockfd, (void*)&sockaddr, sizeof(sockaddr));if (-1 == ret){perror("bind"); goto err1;}//监听ret = listen(sockfd, 10);if (-1 == ret){perror("listen"); goto err1;}printf("server is waiting the client incomming....\n");//阻塞 接受客户端连接newfd = accept(sockfd, (void*)&fromaddr, &len);if (-1 == newfd){perror("accept"); goto err1;}//客户端的信息printf("from client  ip: %s port: %d\n", inet_ntoa(fromaddr.sin_addr), ntohs(fromaddr.sin_port));//读写操作while(1){memset(buf, 0, SIZE);         //ret = write(newfd, "hello world", 11); ret = send(newfd, "hello world", 11, 0);if (ret <= 0)break;printf("send  %d bytes\n", ret);sleep(1);}close(sockfd);return 0;
err1:close(sockfd);
err0:return -1;
}

运行结果如下：

对于客户端，也是可以接收数据，前提为，客户端先给服务器发送数据。

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes, int flags);

功能：

接收网络数据，默认的情况下，如果没有接收到数据，这个函数会阻塞，直到有数据到来。

参数：

sockfd：套接字

buf：接收网络数据的缓冲区的地址

nbytes：接收缓冲区的大小（以字节为单位）

flags：套接字标志（常为 0 ）

返回值：

成功：成功接收的字节数

失败 < 0

测试代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>#define PORT 10086
#define SIZE 128/***客户端:*    a. 创建一个套接子*    b. 初始化结构体*    e. 链接服务器*    f. 读写操作**/int main(void)
{int sockfd = 0;int newfd = 0;int ret = -1;char buf[SIZE];struct sockaddr_in sockaddr;socklen_t len = sizeof(sockaddr);//a. 创建套接子sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == sockfd){perror("socket"); goto err0;}//b. 初始化结构体 使用服务器相关信息memset(&sockaddr, 0, sizeof(sockaddr));sockaddr.sin_family = AF_INET; //ipv4sockaddr.sin_port = htons(PORT);sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("172.16.1.88");//c. 连接服务器ret = connect(sockfd, (void*)&sockaddr, len);if (-1 == ret){perror("connect"); goto err1;}printf("connect to server successfully....\n");//读写操作while(1){memset(buf, 0, SIZE);         //ret = read(sockfd, buf, SIZE);ret = recv(sockfd, buf, SIZE, 0);if (ret <= 0)break;buf[ret] = 0;printf("from server: %s\n", buf);}close(sockfd);return 0;
err1:close(sockfd);
err0:return -1;
}

运行结果如下：

TCP 服务器编程

做为 TCP 服务器需要具备的条件呢？

具备一个可以确知的地址（ bind() ）：相当于我们要明确知道移动客服的号码，才能给他们电话;
让操作系统知道是一个服务器，而不是客户端（ listen() ）：相当于移动的客服，他们主要的职责是被动接听用户电话，而不是主动打电话骚扰用户；
等待连接的到来（ accept() ）：移动客服时刻等待着，来一个客户接听一个。

接收端使用 bind() 函数，来完成地址结构与socket 套接字的绑定，这样 ip、port 就固定了，发送端即可发送数据给有明确地址( ip+port ) 的接收端。

对于 TCP 服务器编程流程，有点类似于接电话过程：找个可以通话的手机（socket() ） -> 插上电话卡固定一个号码（ bind() ） -> 职责为被动接听，给手机设置一个铃声来监听是否有来电（ listen() ） -> 有来电，确定双方的关系后，才真正接通不挂电话（ accept() ） -> 接听对方的诉说（ recv() ） -> 适当给些回话（ send() ）-> 通信结束后，双方说再见挂电话（ close() ）。

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

功能：

将本地协议地址与 sockfd 绑定，这样 ip、port 就固定了

参数：

sockfd：socket 套接字

myaddr：指向特定协议的地址结构指针

addrlen：该地址结构的长度

返回值：

成功：返回 0

失败：-1

使用实例如下：

// 本地网络地址
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));   // 清空结构体内容
my_addr.sin_family = AF_INET;  // ipv4
my_addr.sin_port   = htons(port);  // 端口转换
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定网卡所有ip地址，INADDR_ANY为通配地址，值为0printf("Binding server to port %d\n", port);
int err_log;
err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 绑定
if(err_log != 0)
{perror("bind");close(sockfd);        exit(-1);
}

int listen(int sockfd, int backlog);

功能：

将套接字由主动修改为被动，使操作系统为该套接字设置一个连接队列，用来记录所有连接到该套接字的连接。更详细说明，请看《connect()、listen()和accept()三者的关系》。

参数：

sockfd： socket监听套接字

backlog：连接队列的长度

返回值：

成功：返回0

失败：其他

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

功能：

从已连接队列中取出一个已经建立的连接，如果没有任何连接可用，则进入睡眠等待（阻塞）。更详细说明，请看《connect()、listen()和accept()三者的关系》。

参数：

sockfd： socket监听套接字

cliaddr：用于存放客户端套接字地址结构

addrlen：套接字地址结构体长度的地址

返回值：

成功：已连接套接字。注意：返回的是一个已连接套接字，这个套接字代表当前这个连接

失败：< 0

Redhat 中的服务器代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>#define PORT 10086
#define SIZE 128/***服务端:*    a. 创建一个套字*    b. 初始化结构体*    c. 绑定*    d. 监听 设置监听队列的大小*    e. 接受客户端的连接*    f. 读写操作**/int main(void)
{int sockfd = 0;int newfd = 0;int ret = -1;char buf[SIZE];struct sockaddr_in sockaddr;struct sockaddr_in fromaddr;socklen_t len = sizeof(fromaddr);//a. 创建套接子sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (-1 == sockfd){perror("socket"); goto err0;}//b. 初始化结构体memset(&sockaddr, 0, sizeof(sockaddr));sockaddr.sin_family = AF_INET; //ipv4sockaddr.sin_port = htons(PORT);sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("172.16.1.88");//绑定ret = bind(sockfd, (void*)&sockaddr, sizeof(sockaddr));if (-1 == ret){perror("bind"); goto err1;}//监听ret = listen(sockfd, 10);if (-1 == ret){perror("listen"); goto err1;}printf("server is waiting the client incomming....\n");//阻塞 接受客户端连接newfd = accept(sockfd, (void*)&fromaddr, &len);if (-1 == newfd){perror("accept"); goto err1;}//客户端的信息printf("from client  ip: %s port: %d\n", inet_ntoa(fromaddr.sin_addr), ntohs(fromaddr.sin_port));//读写操作while(1){memset(buf, 0, SIZE);         //ret = write(newfd, "hello world", 11); ret = send(newfd, "hello world", 11, 0);if (ret <= 0)break;printf("send  %d bytes\n", ret);sleep(1);}close(sockfd);return 0;
err1:close(sockfd);
err0:return -1;
}

Windows 的网络调试助手作为 TCP 客户端，给 ubuntu 中的服务器发送数据，运行结果如下：

关闭连接：close()

使用 close() 函数即可关闭套接字，关闭一个代表已连接套接字将导致另一端接收到一个 0 长度的数据包，详情请看《 TCP 四次挥手》。

做服务器时

关闭监听套接字（ socket()和listen()之后的套接字）将导致服务器无法接收新的连接，但不会影响已经建立的连接；

关闭 accept()返回的已连接套接字将导致它所代表的连接被关闭，但不会影响服务器的监听（ socket()和listen()之后的套接字）。

做客户端时

关闭连接就是关闭连接，不意味着其他。

如果客户端和服务器已经连接成功的前提下，通常的情况下，先关闭客户端，再关闭服务器，如果是先关闭服务器，立马启动服务器是，服务器绑定的端口不会立马释放（如下图），要过 1 分钟左右才会释放，为什么会这样的呢？请看《 TCP 四次挥手》。有没有方法让服务器每次启动都能立即成功？请看《端口复用》。

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