深入理解TCP通信

这大概是自己博客上面第三次写TCP通信demo了，总是写同样的内容也不太好啊，不过每一次都比前一次进步一点。这次主要使用了VIM编辑工具、gdb调试、wireshirk、netstat查看网络状态。 参考《C++服务器视频教程》、《Unix网络编程》

一、VIM常用命令

vim server.cpp #打开一个文件 :w 写入文件 :wq 保存并退出 :q! 不保存退出 显示行号 :set nu 设置tab键缩进： set tabstop? settabstop=4 set tabstop=2 设置tab宽度 set softtabstop=2 设置Backspace回退量 set shiftwidth=2 设置'>'和'<'缩进量 x 向后删除一个字符 X 向前删除一个字符 gg 跳转到文件首行 shift g 跳转到文件末行 o 当前句子下面添加一行 O当前句子上面一行 a追加 3pp 复制3行 yy 粘贴 dd 删除当前行 u 撤销上次操作 ctrl+r 恢复撤销

二、TCP重难点知识点

1. OSI七层模型和TCP/IP模型

OSI七层模型是学术产物，自上到下封装，自下到上拆包。优点：分层思想；缺点：过于复杂。TCP/IP模型是实践产物，借鉴了数据进入协议的封装：应用层-传输层-网络层-链路层

2. IP层

特点：不可靠（unreliable）、无连接（connectionless） 思考： 1）这样做相对于强有线连接有什么好处？ 答：从我们惯性思考来说，我们对每一个连接，建立一个类似电话通讯的强连接，这样能保证数据稳定可靠传输。结果真的是这样吗？比如我们将中国和美国之间建立一个专用通信线路，中间需要几十路中转，那么任何一个环节故障，这个数据就有可能丢失，而IP通过路由选择，有可能有多条路径，数据反而稳定的多。其二，专用线路数据在传输一半时出故障，那么重传时如何传输呢，重新传输所有数据？因此，专用通信线路并不一定是好的选择。 2）IP层的路由选择 对应用开发工程师来讲，我们需要知道路由表、路由协议、以及路由选择这些概念。IP层并不能保证数据有序，因为IP路由对数据包进行不同的路由选择，可能导致数据顺序的变化，后发送的有可能先到达。 3）IP数据报格式 IP数据报首部字段为20字节，最大可设置为15*4=60字节。MTU=1500字节，IP数据报有可能是分片的。

2. TCP

TCP是全双工协议 1）TCP是如何利用IP的？

TCP将应用程序的传输数据分割成合适的数据库定时器延迟确认检验和流量控制 （主机A根据主机B空闲的空间而确定合适速率发送）

2）TCP数据格式 TCP认为数据是基于字节流的、没有边界，因此TCP不对字节流做任何解释。因此进而引出类似粘包的问题。 我们可以通过设置分隔符、加标志位等方法进行数据分割。 3）TCP数据报格式

2字节源端口、2字节目的端口 （端口放在首部有一定好处：区分数据）序列号sequence number ，确认后ack number（作用：timer对每个编号的数据进行计时；数据确认使用）checksumFlag (URG=1,对urgent pointer数据优先处理；PSH=1,通知对方尽快推送到应用层梳理；RST=1；SYN=1；ACK=1；FIN=1）window size 可通过option选项对其扩大（默认2^16,最大2^30）

4）TCP四种定时器

重传定时器 数据未确认超时坚持定时器（persist） 当对方窗口大小为0时启动，探测作用保活计时器（keepAlive） 定期判断对方是否工作，一般建议应用层做心跳检测2MSL定时器 （TimeWait）

5）TCP状态变迁

5）TCP三次握手示意图

5）TCP四次挥手示意图

5）TCP相关API

close() 双向关闭 shutdown() 可配置单向关闭

write() 返回的字节数仅写入到了操作系统层，并不能说明成功发送到对端

listen() 监听队列相关问题

read() >0 =0 <0 的分析 这些函数都需要根据返回值和错误变量errno进行分析，比较麻烦。

select、poll 处理多个连接的读、写、以及错误状态。 效率较低，一般公司都会使用自己平台下的库处理高并发：Linux(epoll)，Windows(Iocp)…

getsockopt() setsockopt() 设置sockt的一系列属性：比如地址可复用、Negle算法、buf大小。

三、TCP通信示例

该代码在有异常出现时，能够首先将已打开/占用的资源关闭，这是一个很好的工程习惯。 该代码在发送和接收数据时，根据已发送/接收字节数，循环处理余下的数据，这种思路非常值得借鉴，徐晓鑫的书中也是这样做的。 缺点是不能真正用于工程中，出现异常时不要强制退出，而是采用相应的措施，当然这是后话。 server.cpp

//thie server file is edited by vim #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> int main() { char hello[] = "hello world"; struct sockaddr_in sa; int socketFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); if(-1 == socketFd) { perror("cannot create socket"); exit(EXIT_FAILURE); } int opt = SO_REUSEADDR; //设置socket属性，端口可以重用 setsockopt(socketFd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt)); memset(&sa,0,sizeof(sa)); sa.sin_family = AF_INET; sa.sin_port = htons(2222); sa.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); if(-1 == bind(socketFd,(struct sockaddr*)&sa, sizeof(sa))) { perror("bind falied"); close(socketFd); exit(EXIT_FAILURE); } if(-1 == listen(socketFd,10)) { perror("listen failed"); close(socketFd); exit(EXIT_FAILURE); } for(;;) { //for every connectfd, send only one world... int connectFd = accept(socketFd,NULL,NULL); if(0 > connectFd) { perror("accept failed"); close(socketFd); exit(EXIT_FAILURE); } int writeSize = 0; size_t totalWrite = 0;//unsigned int while(totalWrite < sizeof(hello)) { writeSize = write(connectFd,hello + totalWrite, sizeof(hello) - totalWrite); if( -1 == writeSize) { perror("write failed"); close(connectFd); close(socketFd); exit(EXIT_FAILURE); } totalWrite += writeSize; } if(-1 == shutdown(connectFd,SHUT_RDWR)) { perror("shutdown failed"); close(connectFd); close(socketFd); } close(connectFd); } close(socketFd); return EXIT_SUCCESS; }

client.cpp

//thie client file is edited by vim #include <sys/types.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> int main() { struct sockaddr_in sa; int res; int socketFd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP); if(-1 == socketFd) { perror("cannot create socket"); exit(EXIT_FAILURE); } memset(&sa,0,sizeof(sa)); sa.sin_family = AF_INET; sa.sin_port = htons(2222); res = inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&sa.sin_addr); if(-1 == connect(socketFd,(struct sockaddr*)&sa,sizeof(sa))) { perror("connect failed"); close(socketFd); exit(EXIT_FAILURE); } char buffer[512]; int totalRead = 0; for(;;) { int readSize = 0; readSize = read(socketFd,buffer + totalRead, sizeof(buffer) - totalRead); printf("readSize:%d\n",readSize); if(0 == readSize) { //read all break; } else if(-1 == readSize) { perror("read failed"); close(socketFd); exit(EXIT_FAILURE); } totalRead += readSize; } buffer[totalRead] = 0; printf("get from server: %s\n",buffer); //perform read write operations... (void)shutdown(socketFd,SHUT_RDWR); close(socketFd); return EXIT_SUCCESS; }

测试： 主动关闭的一方出现TIME_WAIT状态。