SOCKET编程和&TCP通信案例&三次握手四次挥手

一、SOCKET

1、网络套接字SOCKET

（1）一个文件描述符指向一个套接字（该套接字内部由内核借助两个缓冲区实现）
（2）在通信过程中，套接字一定是成对出现的

2、网络字节序

2.1、小端法

计算机本地存储，高位存高地址，低位存低地址

2.2、大端法

网络存储，高位存低地址，低位存高地址

2.3、字节序转换

为了能使计算机和网络之间能够顺利通信，需要进行字节序的转换，就是大小端之间的转换,l表示32位无符号整型，s表示16位短整型，h代表host主机，n代表net网络
（1）htonl—》本地—》网络（IP）
（2）htons—》本地—》网络（port端口号）
（3）ntohl—》网络—》本地（IP）
（4）ntohs—》网络—》本地（port）

3、IP地址转换函数

3.1、本地字节序转网络字节序

3.1.1、函数原型：

Int inet_pton(int af,const char*src,void *dst)//本地字节序（string IP）—》网络字节序	

（1）af:AF_INET、AF_INET6
（2）src：传入，IP地址（点分十进制）
（3）dst：传出，转换后的网络字节序的IP地址

3.1.2、返回值

成功：1
异常：0，说明src指向的不是一个有效的IP地址
失败：-1

3.2、网络字节序转本地字节序

3.2.1、函数原型

Const char *inet_ntop(int af,void *src,char *dst,socklen_t,size);//网络字节序—》本地字节序（string IP）

af:AF_INET、AF_INET6
src：网络字节序IP地址
dst：转换后的本地字节序字节序的IP地址（string IP）
size：dst的大小

3.2.2、返回值

成功：dst
失败：NULL

4、sockaddr地址结构（服务器server写法）

4.1、struct sockaddr_in addr

Addr.sin_family=AF_INET/AF_INET6
Addr.sin_port=htons(9527)
	Int dst;
	Inet_pton(AF_INET,”192.168.22.54”,(void*)&dst)
Addr.sin_addr.s_addr=dst
addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY)//[重点]取出系统中有效的任意IP地址，二进制类型
Bind(fd,(sockaddr *)addr,size)

注意，这里sockaddr给bind传参的时候需要强转

4.2、struct sockaddr_in结构体

struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family; /* address family: AF_INET */
    in_port_t sin_port; /* port in network byte order */
    struct in_addr sin_addr; /* internet address */
};
/* Internet address.*/
struct in_addr {
    uint32_t s_addr;/* address in network byte order */
};

5、socket模型创建流程分析

一个客户端和一个服务器通信时，除了各自的一个套接字以外，还有一个监听套接字，一共是三个套接字

6、socket和bind

6.1、socket

6.1.1、socket函数

#include<sys/socket.h>
Int socket(int domin,int type,int protocol); //创建一个套接字

（1）Domin：AF_INET、AF_INET6、AF_UNIX(创建本地套接字时使用)
（2）Type：SOCK_STREAM(流式类型)、SOCK_DGRAM（报式类型）
（3）Protocol：0（前面的type有两个，这里的protocol代表的是对前面两种类型的选择，0代表SOCK_STREAM,代表协议是TCP，1代表的是SOCK_DGRAM，代表协议是UDP）

6.1.2、返回值

成功：新套接字所对应的文件描述符
失败：-1，设置errno

6.2、bind

6.2.1、bind函数

#include<arpa/inet.h>
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);//给socket绑定一个地址结构（IP+port）

（1）Sockfd:socket函数返回值
Struct sockaddr_in addr；
Addr.sin_family=AF_INET;
Addr.sin_port=htons(8888);
Addr.sin.s_addr=htonl(INADDR_ANY);//（服务器写法INADDR_ANY）
（2）Addr:(struct sockaddr *)&addr
Addrlen:sizeof(addr) 地址结构的大小
（3）返回值
成功：0
失败：-1 errno

7、listen和accept

7.1、listen

7.1.1函数原型

int listen(int sockfd,int backlog);//设置同时与服务器建立连接的上限数

（1）Sockfd：socket函数返回值
（2）Backlog：上限数值，最大值是128

7.1.2、返回值

成功：0
失败：-1 errno

7.2、accept

7.2.1、函数原型

int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t *addrlen);//阻塞等待客户端建立连接，成功的话，返回一个与客户端成功链接的socket文件描述符

（1）Sockfd：socket函数返回值
Addr：传出参数，成功与服务器建立连接的那个客户端的地址结构（IP+port）
（2）Socklen_t client_addr_len=sizeof（addr）
Addrlen:传入传出。&client_addr_len
入：addr的大小；出：客户端addr实际大小

7.2.2、返回值：

成功：能与服务器进行数据通信的socket对应的文件描述符
失败：-1，errno

8、connect函数（client）

8.1.1、函数原型

Int connect(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);//使用现有的socket与服务器建立连接

（1）Sockfd：socket函数返回值
Struct sockaddr_in server_addr;//服务器地址结构
Server_addr.sin_family=AF_INET
Server_addr.sin_port=8087//跟服务器bind时设定的port完全一致
Server_adde.sin_addr.s_addr
Inet_pton(AF_INET,”服务器的Ip地址”，&server_addr.sin_addr.s_addr)
（2）Addr：传入参数，服务器的地址结构
（3）Addrlen:服务器的地址结构的长度

8.1.2、返回值：

成功：0
失败：-1
如果不使用bind绑定客户端地址结构，采用“隐式绑定”

二、TCP通信案例

1、TCP通信模型

1.1、需求分析

创建一个能从客户端输入10次HELLO，从服务端转换成10个hello的通信器。

1.2、功能简介

该通信器可以从客户端发送10条HELLO给服务端，服务端接收之后可以在屏幕上输出10个hello。

2、步骤分析与代码

2.1、server

2.1.1、步骤分析

（1）socket();//创建socket
（2）bind();//绑定服务器地址结构
（3）listen();//设置监听上限
（4）connect();//阻塞监听客户端连接
（5）read(fd);读socket获取客户端数据
（6）toupper();//数据处理
（7）write(fd);
（8）read(fd);
（9）close();

2.1.2、server.c代码

#include<stdio.h>                                                                #include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#include<sys/socket.h>
#include<ctype.h>
#include<arpa/inet.h>

#define SERVER_PORT 8087
 
void sys_err(char*str)
{
     perror(str);
     exit(1);
}
    
int main(int argc,char*argv[])
{
    int lfd=0,cfd=0;
    int ret,i;
    char buf[BUFSIZ],client_IP[1024]; 
    int conter=10;
                                                                               
    struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
    socklen_t client_addr_len;

    server_addr.sin_family=AF_INET;
    server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
    server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
 
    lfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(lfd==-1)
    {
        sys_err("socket error");
    }

    bind(lfd,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr));
    listen(lfd,128);

    client_addr_len=sizeof(client_addr);
    cfd=accept(lfd,(struct sockaddr *)&client_addr,&client_addr_len);
    if(cfd==-1)
    {
        sys_err("accept error");
    }
    printf("client ip:%s port:%d\n",inet_ntop(AF_INET,&client_addr.sin_addr.s_addr,client_IP,sizeof(client_IP)),ntohs(client_addr.sin_port));
  
    while(--conter)
    {
        ret=read(cfd,buf,sizeof(buf));
        write(STDOUT_FILENO,buf,ret);

        for(i=0;i<ret;i++)
        {
            buf[i]=toupper(buf[i]);                                                    
        }

        write(cfd,buf,ret);
    }
    close(lfd);
    close(cfd);
    return 0;
}

2.2、client

2.2.1、步骤分析

（1）socket（）；创建socket
（2）connect（）；与服务器建立连接
（3）write（）；
（4）read（）；
（5）显示读取结果
（6）close（）；

2.2.2、client.c代码

#include<stdio.h>                                                                
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<errno.h>
#include<pthread.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>

#define SERVER_PORT 8087

void sys_err(char*str)
{
    perror(str);
    exit(1);
}
 
int main(int argc,char*argv[])
{
    int cfd;
    int conter=10;
    char buf[BUFSIZ];

    struct sockaddr_in server_addr;
    server_addr.sin_family=AF_INET;
    server_addr.sin_port=htons(SERVER_PORT);
    inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&server_addr.sin_addr.s_addr);
  
    cfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(cfd==-1)
    {
        sys_err("socket error");
    }
    int ret=connect(cfd,(struct sockaddr *)&server_addr,sizeof(server_addr));
    if(ret!=0)
    {
        sys_err("connect error");
    }
 
    while(--conter)                                                                
    {
        write(cfd,"hello\n",6);
        ret=read(cfd,buf,sizeof(buf));
        write(STDOUT_FILENO,buf,ret);
        sleep(1);
    }
    close(cfd);

    return 0;
}   

三、三次握手 和四次挥手

1、三次握手

1、客户端发送一个STN标志位。500(0)表示的是发送一个包号为500，数据大小为0的数据包，从而告知服务器，我要与你建立连
2、此时服务器会回应一个ACK，表示我接收到了你的请求，501号包以前的数据我都收到了。服务器也会发送一个SYN标志位，告诉客户端，我要和你建立连接
3、客户端收到服务器的请求以后，也会回应一个ACK，表示请求收到了。三次连接的过程发生在内核。在用户层面的体现就是
accept (内核)和connect(用户)函数成功执行并返回了

2、数据通信（三次握手之后）

客户端发送数据时，又发送了一个ACK701，是为了确保服务器连接成功，因为如果三次握手时发送的ACK回应服务器没收到，就不能成功发送数据。

3、四次挥手（关闭连接）

四次挥手的原因是：半关闭
三次握手之后成功建立连接，服务器可以向客户端发送数，客户端也可以向服务器发送数据。这里客户户端关闭连接之后，服务器就只能发送数据，不能读取读取数据了。
为什么客户端半关闭之后，服务器可以向客户端发送数据?因为套接字里面有两个缓冲区，一个读缓冲区和一个写缓冲区，半关闭就相当于把写缓冲区关掉了，客户端无法向服务器发送数据，但是可以读服务器发送过来的数据。