目錄
一、初始TCP
1.TCP協(xié)議特點
2.TCP頭：
?3.確認應(yīng)答機制
4.超時重傳機制
5.流量控制
6.擁塞控制
（1）TCP 的擁塞控制方法
慢開始
擁塞避免
快重傳
快恢復
二、建立連接——三次握手
?三、斷開連接——四次揮手
四、socket編程
##客戶端API函數(shù)
##服務(wù)端API函數(shù)
一、初始TCP
1.TCP協(xié)議特點
（1）TCP 是面向連接的運輸層協(xié)議。應(yīng)用程序在使用 TCP 協(xié)議之前，必須先建立 TCP 連接。在傳送數(shù)據(jù)完畢后，必須釋放已經(jīng)建立的 TCP 連接
（2）每一條 TCP 連接只能有兩個端點，每一條 TCP 連接只能是點對點的(一對一)
（3）TCP 提供可靠交付（確認機制、擁塞控制、流量控制、超時重傳）的服務(wù)。通過 TCP 連接傳送的數(shù)據(jù)，無差錯、不丟失、不重復，并且按序到達
（4）TCP 提供全雙工通信。TCP 允許通信雙方的應(yīng)用進程在任何時候都能發(fā)送數(shù)據(jù)。TCP 連接的兩端都設(shè)有發(fā)送緩存和接受緩存，用來臨時存放雙向通信的數(shù)據(jù)
（5）面向字節(jié)流。TCP 中的“流”指的是流入到進程或從進程流出的字節(jié)序列
2.TCP頭：
?3.確認應(yīng)答機制
確認應(yīng)答機制是TCP可靠性中核心之一
接收方回復收到的一個應(yīng)答報文（ACK），表示已經(jīng)收到
例如：你叫朋友一起出去玩，TCP中的確認應(yīng)答機制如下所示。針對發(fā)送的請求進行編號，應(yīng)答時也針對相應(yīng)的編號應(yīng)答，這樣就能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/p>
4.超時重傳機制
超時重傳也是TCP可靠性保證的必要條件之一
確認應(yīng)答是比較理想的情況，但數(shù)據(jù)在傳輸過程中，可能是會丟包的
我們以上面叫朋友去玩舉例：A 給 B 發(fā)消息，你在家嘛？等了很久，A 也沒收到 B 的消息，此時，存在以下幾種情況：
（1） B 不想回 A 的消息
TCP 抱著一種 “悲觀的態(tài)度”，當一次丟包重傳之后，TCP 就覺得大概率后面的重傳也沒用，所以就隔一個更長的時間，節(jié)省帶寬
（2）B 沒收到 A 的消息 (丟包情況：?發(fā)的請求丟失)
（3）B 回復了消息，但 A 沒收到 (丟包情況：應(yīng)答的 ACK 丟失，重傳就意味著接收到相同數(shù)據(jù))
(2)(3)情況：丟包的兩種情況，對于發(fā)送方來說無法確定是哪種情況，因此，進行統(tǒng)一處理：當發(fā)送了一條數(shù)據(jù)之后，TCP 內(nèi)部就會自動啟動一個定時器，達到一定時間也沒收到 ACK，定時器就會自動觸發(fā)重傳消息的動作 —— 超時重傳
5.流量控制
流量控制(flow control)：讓發(fā)送方的發(fā)送速率不要太快，要讓接收方來得及接收
利用滑動窗口機制可以很方便地在 TCP 連接上實現(xiàn)對發(fā)送方的流量控制，實質(zhì)就是TCP在發(fā)送數(shù)據(jù)的時候?qū)?shù)據(jù)放到發(fā)送緩沖區(qū)，將接收的數(shù)據(jù)放到接收緩沖區(qū)。而流量控制要做的事情就是通過接收緩沖區(qū)的大小，控制發(fā)送端的發(fā)送，如果對方的接收緩沖區(qū)滿了，就不能繼續(xù)發(fā)送。為了控制發(fā)送端的速率，接收端在進行ACK確認時會攜帶自身的窗口（rwnd）大小，就會告知發(fā)送端自己緩沖區(qū)的大小，進行相應(yīng)的流量控制。
6.擁塞控制
擁塞控制就是防止過多的數(shù)據(jù)注入到網(wǎng)絡(luò)中，這樣可以使網(wǎng)絡(luò)中的路由器或鏈路不致過載。擁塞控制所要做的都是一個前提，就是網(wǎng)絡(luò)能夠承受現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)負荷
（1）TCP 的擁塞控制方法
TCP 進行擁塞控制的算法有四種，即慢開始(slow-start)、擁塞避免(congestion avoidance)、快重傳(fast retransmit)和快恢復(fast recovery)
慢開始
當主機開始發(fā)送數(shù)據(jù)時，由于并不清楚網(wǎng)絡(luò)的負荷情況，如果立即把大量數(shù)據(jù)字節(jié)注入到網(wǎng)絡(luò)，就有可能引起網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞。經(jīng)驗證明，較好的方法是先探測一下，即
由小到大逐漸增大發(fā)送窗口，也就是說，由小到大逐漸增大擁塞窗口數(shù)值。在執(zhí)行慢開始算法時，發(fā)送方每收到一個隊新報文段的確認 ACK，就把擁塞窗口值加1，然后開始下一輪的傳輸。因此擁塞窗口 cwnd 隨著傳輸輪次按指數(shù)規(guī)律增長。當擁塞窗口 cwnd 增長到慢開始門限值 ssthresh 時，就改成執(zhí)行擁塞避免算法，擁塞窗口按線性規(guī)律增長
ssthresh：慢開始門限，一般會有一個初始值
擁塞避免
讓擁塞窗口 cwnd 緩慢地增大，即每經(jīng)過一個往返時間 RTT 就把發(fā)送方的擁塞窗口 cwnd 加1，而不是像慢開始階段那樣加倍增加。擁塞窗口 cwnd?
按線性規(guī)律緩慢增長，比慢開始算法的擁塞窗口增長速率緩慢得多“擁塞避免”并非完全能夠避免擁塞，而是把擁塞窗口控制為按線性規(guī)律增長，
使網(wǎng)絡(luò)比較不容易出現(xiàn)擁塞快重傳
采用快重傳算法可以讓發(fā)送方
盡早知道發(fā)生了個別報文段的丟失。快重傳算法首先要求接收方不要等待自己發(fā)送數(shù)據(jù)時才進行捎帶確認，而是要立即發(fā)送確認，即使收到了失序的報文段也要立即發(fā)出對已收到的報文段的重復確認快恢復
發(fā)送方知道當前只是丟失了個別的報文段。于是不啟動慢開始，而是執(zhí)行
快恢復算法。這時，發(fā)送方調(diào)整門限值 ssthresh = cwnd / 2 ，同時設(shè)置擁塞窗口 cwnd = ssthresh ，并開始執(zhí)行擁塞避免算法
二、建立連接——三次握手
建立TCP連接共有三步，即三次握手
先簡單的給大家舉個例子，我們可以把他類比于平時打電話，如下：
?
第一次A不知道B能否聽到自己的聲音，A對B說“喂，你能聽到嗎？”，第二次B聽到后還需要知道A是否也能聽到自己的聲音，就是B對A的回話“我能聽到，你呢”，第三次A的回復確認雙方都能聽到聲音，也就是A對B的回復“我也能”，由上三次就能保證通話的正常，類似于網(wǎng)絡(luò)建立連接時的三次握手。
兩次握手可以嗎？？
不可以
兩次握手只能保證單向連接是通暢的，TCP?協(xié)議是雙向的，第三次握手是為了使得sever知道客戶端答應(yīng)了連接的請求。其中兩次握手只能確定從客戶端到服務(wù)端的網(wǎng)絡(luò)是可達的，但卻無法保證從服務(wù)端到客戶端的網(wǎng)絡(luò)是可達的。所以我們一定要保證雙向的可達。
?如上圖所示，沒有第三次握手則不知道A的聽筒是否正常，導致不能正常通話
TCP三次握手：
第一次握手：
TCP客戶端打算建立連接，向服務(wù)器發(fā)送連接請求報文，客戶端請求連接，客戶端進行同步發(fā)送狀態(tài)（SYN-SEND），在連接請求報文中，把SYN=1，表示這是一個請求連接報文，把序號字段seq=x（x就是一個初始值），作為客戶端的初始序號
第二次握手：
TCP服務(wù)端在收到客戶端的請求后，如果體連接，則會向客戶端發(fā)送確認請求報文，服務(wù)器進入同步接收狀態(tài)，在確認報文中，把同步位SYN和確認位ACK置為1 ，表示這是一個請求確認報文。把序號seq設(shè)置為一個初始值y，作為服務(wù)器的初始序號。把確認字段ack=x+1作為對客戶端的確認
第三次握手：
TCP客戶端在收到了服務(wù)器的確認信號后，還要向服務(wù)器發(fā)送一個確認報文，并進入連接已建立（ESTABLISHED）,發(fā)送針對服務(wù)器確認的確認報文。
確認位ACK=1，表示這是一個確認報文
序號seq=x+1，表示第一次是x，第二次發(fā)送x+1
確認號ack=y+1，則是對服務(wù)器的確認
服務(wù)器收到后，進入連接已建立
?三、斷開連接——四次揮手
???斷開TCP連接共有四步，即四次揮手
第一次揮手：
TCP客戶端主動關(guān)閉TCP連接，TCP客戶端發(fā)送連接釋放（斷開）報文給服務(wù)端，并進入終止等待態(tài)1，
在連接斷開釋放報文中：
（1）終止位FIN和確認位ACK要設(shè)置為1，表示是一個TCP連接釋放報文，同時對之前的報文做確認
（2）序號seq設(shè)置為u（表示特定的值），等于之前已經(jīng)傳送過去的數(shù)據(jù)最后一個字節(jié)+1
（3）確認號ack設(shè)置為v，等于之前收到的數(shù)據(jù)最后一個字節(jié)序號+1
第二次揮手：
TCP服務(wù)器收到了TCP連接斷開請求報文，會發(fā)送一個確認報文給客戶端，并進入關(guān)閉等待狀態(tài)，客戶端收到確認會進入終止等待態(tài)2
在斷開確認報文中：
- 確認號ACK=1，表示是一個確認報文
- 序號seq=v，等于之前服務(wù)器發(fā)送的最后一個字節(jié)+1，與次一次揮手客戶端的確認號做匹配
繼續(xù)把當前沒有傳輸完成的數(shù)據(jù)傳輸完畢
第三次揮手：
TCP服務(wù)端給客戶端發(fā)送連接釋放報文，并進入最后確認狀態(tài)
在服務(wù)端連接釋放報文中：
- 終止位FIN和確認位ACK設(shè)置為1，表示這是一個TCP連接釋放，同時對之前的數(shù)據(jù)做確認
- 序號seq=w，這時服務(wù)器屬于半關(guān)閉狀態(tài)（斷開是雙向的）
- 確認號ack=u+1，釋放的重復確認
第四次揮手：
TCP客戶端在收到服務(wù)端的連接釋放，發(fā)送確認報文，并進入時間等待狀態(tài)
確認位ACK=1，表示是一個確認報文
序號seq=u+1（上一次是u，再發(fā)一次），表示是一個釋放報文
確認號ack=w+1，表示是一個確認
?TCP四次揮手為什么要等待2MSL？
一個MSL表示報文存活的最大時間，不管是A發(fā)送到B的報文，還是B發(fā)送到A的報文，都是最大可存活1MSL，那么等待2MSL，也就是報文一來一回。
四、socket編程
客戶端：類比于打電話
| 類比 |
功能 |
函數(shù) |
| 有手機 |
創(chuàng)建套接字（有對應(yīng)的TCP協(xié)議） |
socket() |
| 有手機號碼 |
綁定套接字（有自己的網(wǎng)絡(luò)信息） |
bind() |
| 撥打?qū)Ψ诫娫捥柎a |
請求服務(wù)器連接（與服務(wù)器建立連接） |
connect() |
| 進行通話 |
收發(fā)數(shù)據(jù)（進行通信） |
read()、write()、recv()、send()、 |
| 掛斷電話 |
結(jié)束通信（關(guān)閉套接字） |
close() |
##客戶端API函數(shù)
1.創(chuàng)建套接字
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
//創(chuàng)建套接字文件，為進程添加一個對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議(文件)，返回值就是創(chuàng)建號的文件描述符（socket描述符就代表一套協(xié)議---套接字）
int socket(int domain, int type, int protocol);
參數(shù)1：
int domain：地址族，選用那種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議地址
AF_INET------IPV4
AF_INET6-----IPV6參數(shù)2：
int type：套接字類型
SOCK_STREAM--------TCP
SOCK_DGRAM---------UDP
SOCK_RAW：原始套接字（沒有傳輸層協(xié)議）參數(shù)3：
int protocol：套接字協(xié)議
?0：套接字默認協(xié)議返回值：
int：整數(shù)---------文件描述符（套接字文件）
成功：返回套接字描述符 >= 0
失敗：返回-12.綁定套接字
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
//綁定本地網(wǎng)絡(luò)信息到套接字中
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
參數(shù)1：
int sockfd：綁定本地網(wǎng)絡(luò)信息到哪個套接字上(綁定到哪一套協(xié)議上)參數(shù)2：
const struct sockaddr *addr：結(jié)構(gòu)體地址，這個結(jié)構(gòu)體中存儲的本地網(wǎng)絡(luò)信息(要綁定的網(wǎng)絡(luò)信息ip、port)
struct sockaddr {//通用結(jié)構(gòu)體，表示一個網(wǎng)絡(luò)信息內(nèi)容
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
}
//IPV4 網(wǎng)絡(luò)信息結(jié)構(gòu)體
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family;//地址族 AF_INET
in_port_t sin_port;//端口
struct in_addr sin_addr;//結(jié)構(gòu)體變量--ip地址
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
? uint32_t s_addr;//ipv4地址
};參數(shù)3：
socklen_t addrlen：整數(shù)，結(jié)構(gòu)體大小（確定信息結(jié)構(gòu)體的大?。?/code>返回值：
成功：返回0
失?。悍祷?13.請求連接
#include <sys/types.h>? ? ? ? ??
#include <sys/socket.h>
//請求與服務(wù)器建立連接
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
參數(shù)1：
int sockfd：客戶端的套接字，使用套接字與服務(wù)端建立連接參數(shù)2：
const struct sockaddr *addr：服務(wù)端的ip、prot信息，客戶端要和哪個服務(wù)器建立連接參數(shù)3：
socklen_t addrlen：結(jié)構(gòu)體的大小返回值：
成功：返回0
失?。悍祷?1實現(xiàn)代碼：
//TCP客戶端進行通信（先發(fā)再收）
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int main()
{
//1、創(chuàng)建套接字，選擇對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議組
int socketfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//選擇TCP協(xié)議
if(socketfd < 0)
{
printf("socket create error\n");
return -1;
}
//2、綁定套接字，對套接字添加自己當前進行需要到本地網(wǎng)絡(luò)信息
struct sockaddr_in clientaddr;//有一個IPV4網(wǎng)絡(luò)信息結(jié)構(gòu)體
clientaddr.sin_family = AF_INET;//地址族-----IPV4
clientaddr.sin_port = htons(20000);//為當前進程添加的端口號為10000
clientaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
bind(socketfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,sizeof(clientaddr));
//與服務(wù)器建立連接
struct sockaddr_in serveraddr;//服務(wù)端IPV4網(wǎng)絡(luò)信息結(jié)構(gòu)體
serveraddr.sin_family = AF_INET;//地址族-----IPV4
serveraddr.sin_port = htons(10000);//為當前進程添加的端口號為10000
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.138.1");
if(connect(socketfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr))<0)
{
printf("connect error\n");
}else{
printf("connect ok\n");
}
char buf[20];
while(1)
{
memset(buf,0,20);//清空buf
fgets(buf,20,stdin);
write(socketfd,buf,20);//發(fā)送
memset(buf,0,20);
read(socketfd,buf,20);//接收
printf("data is %s\n",buf);
}
close(socketfd);
return 0;
}
服務(wù)端：類比于接電話
| 類比 |
功能 |
函數(shù) |
| 有手機 |
創(chuàng)建套接字（有對應(yīng)的TCP協(xié)議） |
socket() |
| 有手機號碼 |
綁定套接字（有自己的網(wǎng)絡(luò)信息） |
bind() |
| 等待電話（待機） |
監(jiān)聽服務(wù)端套接字（查看是否有客戶端連接） |
listen() |
| 接聽電話 |
接收同意客戶端的連接請求 |
accept() |
| 進行通話 |
收發(fā)數(shù)據(jù)（進行通信） |
read()、write()、recv()、send()、 |
| 掛斷電話 |
結(jié)束通信（關(guān)閉套接字） |
close() |
##服務(wù)端API函數(shù)
1.創(chuàng)建套接字
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
//創(chuàng)建套接字文件，為進程添加一個對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議(文件)，返回值就是創(chuàng)建號的文件描述符（socket描述符就代表一套協(xié)議---套接字）
int socket(int domain, int type, int protocol);
參數(shù)1：
int domain：地址族，選用那種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議地址
AF_INET------IPV4
AF_INET6------IPV6參數(shù)2：
int type：套接字類型
SOCK_STREAM--------TCP
SOCK_DGRAM---------UDP
SOCK_RAW：原始套接字（沒有傳輸層協(xié)議）參數(shù)3：
int protocol：套接字協(xié)議
?0：套接字默認協(xié)議返回值：
int：整數(shù)---------文件描述符（套接字文件）
成功：返回套接字描述符 >= 0
失敗：返回-12.邦定套接字
#include <sys/types.h> /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
//綁定本地網(wǎng)絡(luò)信息到套接字中
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
參數(shù)1：
int sockfd：綁定本地網(wǎng)絡(luò)信息到哪個套接字上(綁定到哪一套協(xié)議上)參數(shù)2：
const struct sockaddr *addr：結(jié)構(gòu)體地址，這個結(jié)構(gòu)體中存儲的本地網(wǎng)絡(luò)信息(要綁定的網(wǎng)絡(luò)信息ip、port)
struct sockaddr {//通用結(jié)構(gòu)體，表示一個網(wǎng)絡(luò)信息內(nèi)容
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
}
//IPV4 網(wǎng)絡(luò)信息結(jié)構(gòu)體
struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family;//地址族 AF_INET
in_port_t sin_port;//端口
struct in_addr sin_addr;//結(jié)構(gòu)體變量--ip地址
};
/* Internet address. */
struct in_addr {
? uint32_t s_addr;//ipv4地址
};參數(shù)3：
socklen_t addrlen：整數(shù)，結(jié)構(gòu)體大?。ù_定信息結(jié)構(gòu)體的大?。?/code>返回值：
成功：返回0
失?。悍祷?13.監(jiān)聽
#include <sys/types.h>? ? ? ? ??
?#include <sys/socket.h>
監(jiān)聽等待客戶端連接，如果有客戶端的連接只會把客戶端的連接存儲起來（會創(chuàng)建一個監(jiān)聽隊列），只要有客戶端來進行連接，都會放在監(jiān)聽等待隊列中——能夠一直查看服務(wù)器自己的信息，是否有客戶端連接。且之后套接字只能用于監(jiān)聽，不能用于與客戶端進行通信
???????int listen(int sockfd, int backlog);當調(diào)用后自動監(jiān)聽（查看是否有客戶端連接）
參數(shù)1：
int sockfd：要進行監(jiān)聽的套接字，就是之前綁定了服務(wù)器ip、port的套接字，
表示要監(jiān)聽哪個套接字是否有客戶端連接參數(shù)2：
int backlog：最多同時能夠存儲多少個客戶端連接——等待隊列大小返回值：
成功—— ?0 ????
失敗——-14.同意連接請求
#include <sys/types.h> ?????????/* See NOTES */
#include <sys/socket.h>
//服務(wù)器同意連接請求（從等待隊列中取出一個客戶端連接請求，建立連接。如果監(jiān)聽隊列沒有連接請求，就阻塞等待監(jiān)聽隊列有連接請求）——一定要接收一個連接請求
???????int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
參數(shù)1：
int sockfd：監(jiān)聽套接字，從哪個監(jiān)聽中取出連接參數(shù)2：
struct sockaddr *addr：用于存儲客戶端ip,port，不需要寫NULL參數(shù)3：
socklen_t *addrlen：結(jié)構(gòu)體大小返回值：
成功——返回與連接成功的客戶端通信的套接字 ??
失敗——-15.發(fā)送或接收數(shù)據(jù)
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int?flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
參數(shù)1：
int sockfd：套接字參數(shù)2：
const void *buf：要發(fā)送或接收的數(shù)據(jù)參數(shù)3：
size_t len：數(shù)據(jù)大小參數(shù)4：文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-474455.html
int flags：標志，選項
0：阻塞實現(xiàn)代碼：文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-474455.html
//tcp服務(wù)端，與客戶端進行通信
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
//1、創(chuàng)建套接字
int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//在服務(wù)器創(chuàng)建TCP套接字
//2、綁定套接字
struct sockaddr_in serveraddr;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.124.80");
serveraddr.sin_port = htons(9999);
serveraddr.sin_family = AF_INET;
bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr));
//3、監(jiān)聽套接字
listen(sockfd,10);
//4、接受客戶端連接
int clientfd = accept(sockfd,NULL,NULL);//返回值就是與客戶端通信的套接字
printf("ok\n");
//服務(wù)器與客戶端如何進行通信
char buf[50];
while(1)
{
printf("recv\n");
sleep(10);
memset(buf,0,50);
int num = recv(clientfd,buf,50,0);//返回值就是接收的大小
if(strcmp(buf,"quit\n") == 0)
break;
printf("size is %d; data is %s",num,buf);
send(clientfd,buf,50,0);
printf("send ok\n");
}
close(clientfd);
close(sockfd);
return 0;
}
到了這里，關(guān)于【網(wǎng)絡(luò)篇】socket編程——TCP（史上最全）的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
