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; //ipv4
sockaddr.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; //ipv4
sockaddr.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0
printf("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; //ipv4
sockaddr.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》。
