TCP協議的特點

1、面向連接的流式協議;可靠、出錯重傳、且每收到一個數據都要給出相應的確認
2、通信之前需要建立鏈接
3、服務器被動鏈接，客戶端是主動鏈接

TCP與UDP的差異：

TCP C/S架構

1、TCP客戶端

1.1、創建tcp套接字

1.2、做爲客戶端需要具備的條件

1、知道“服務器”的ip、port
2、Connect主動連接“服務器”
3、需要用到的函數
socket—創建“主動TCP套接字”
connect—連接“服務器”
send—發送數據到“服務器”
recv—接受“服務器”的響應
close—關閉連接

1.3、connect鏈接服務器的函數

int connect(int sockfd，const struct sockaddr *addr，socklen_t len);
功能：
    主動跟服務器建立鏈接
參數：
    sockfd：socket套接字
    addr:   連接的服務器地址結構
    len：  地址結構體長度
返回值：
    成功：0    失敗：其他
頭文件
	#include <sys/socket.h>

注意：

1、connect建立連接之後不會產生新的套接字
2、連接成功後纔可以開始傳輸TCP數據
3、頭文件：#include <sys/socket.h>

1.4、send函數

ssize_t send(int sockfd, const void* buf,size_t nbytes, int flags);
功能：
    用於發送數據
參數：
    sockfd： 已建立連接的套接字
    buf：    發送數據的地址
    nbytes:  發送緩數據的大小(以字節爲單位)
    flags:    套接字標誌(常爲0)
返回值：
    成功發送的字節數
頭文件：
    #include <sys/socket.h>

1.5、recv函數

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes, int flags);
功能：
    用於接收網絡數據
參數：
    sockfd：套接字
    buf: 接收網絡數據的緩衝區的地址
    nbytes: 接收緩衝區的大小(以字節爲單位)
    flags: 套接字標誌(常爲0)
返回值：
    成功接收到字節數
頭文件：
    #include <sys/socket.h>

案例：TCP客戶端

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>
//TCP客戶端
int main()
{
	//創建一個TCP套接字 SOCK_STREAM
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	printf("sockfd = %d\n", sockfd);
	
	//bind是可選的
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(9000);
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	bind(sockfd,(struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
	
	//connect鏈接服務器
	struct sockaddr_in ser_addr;
	bzero(&ser_addr,sizeof(ser_addr));
	ser_addr.sin_family = AF_INET;
	ser_addr.sin_port = htons(8000);//服務器的端口
	ser_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.110");//服務器的IP
	//如果sockfd沒有綁定固定的IP以及端口 在調用connect時候 系統給sockfd分配自身IP以及隨機端口
	connect(sockfd, (struct sockaddr *)&ser_addr,sizeof(ser_addr));
	
	//給服務器發送數據 send
	printf("發送的消息:");
	char buf[128]="";
	fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
	buf[strlen(buf)-1]=0;
	send(sockfd, buf, strlen(buf), 0);
	
	//接收服務器數據 recv
	char msg[128]="";
	recv(sockfd, msg,sizeof(msg), 0);
	printf("服務器的應答:%s\n", msg);
	
	//關閉套接字
	close(sockfd);
	return 0;
}

運行結果：

2、TCP服務器

做爲TCP服務器需要具備的條件

1、具備一個可以確知的地址 bind
2、讓操作系統知道是一個服務器，而不是客戶端 listen
3、等待連接的到來 accpet
對於面向連接的TCP協議來說，連接的建立才真正意味着數據通信的開始.

2.1、listen 函數

int listen(int sockfd, int backlog);
功能：
    將套接字由主動修改爲被動。
    使操作系統爲該套接字設置一個連接隊列，用來記錄所有連接到該套接字的連接。
參數：
    sockfd： socket監聽套接字
    backlog：連接隊列的長度
返回值：
    成功：返回0

2.2、accept函數

int accept(int sockfd,struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);
功能：
    從已連接隊列中取出一個已經建立的連接，如果沒有任何連接可用，則進入睡眠等待(阻塞)
參數：
    sockfd： socket監聽套接字
    cliaddr: 用於存放客戶端套接字地址結構
    addrlen：套接字地址結構體長度的地址
返回值：
    已連接套接字
頭文件：
    #include <sys/socket.h>

注意：

返回的是一個已連接套接字，這個套接字代表當前這個連接

案例：

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <fcntl.h>

int main()
{
	//1、創建一個tcp監聽套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	
	//2、使用bind函數 給監聽套接字 綁定固定的ip以及端口
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(8000);
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(my_addr));
	
	//3、使用listen創建連接隊列 主動變被動
	listen(sockfd, 10);
	
	//4、使用accpet函數從連接隊列中 提取已完成的連接 得到已連接套接字
	struct sockaddr_in cli_addr;
	socklen_t cli_len = sizeof(cli_addr);
	int new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &cli_len);
	//new_fd代表的是客戶端的連接   cli_addr存儲是客戶端的信息
	char ip[16]="";
	inet_ntop(AF_INET,&cli_addr.sin_addr.s_addr, ip,16);
	printf("客戶端:%s:%hu連接了服務器\n",ip,ntohs(cli_addr.sin_port));
	
	//5、獲取客戶端的請求 以及 迴應客戶端
	char buf[128]="";
	recv(new_fd, buf,sizeof(buf),0);
	printf("客戶端的請求爲:%s\n",buf);
	
	send(new_fd,"recv", strlen("recv"), 0);
	
	
	//6、關閉已連接套接字
	close(new_fd);
	
	//7、關閉監聽套接字
	close(sockfd);
	
	return 0;
}

運行結果：

3、TCP的三次握手四次揮手

3.1、TCP的三次握手客戶端 connec函數調用的時候發起

SYN是一個鏈接請求：是TCP報文中的某一個二進制位

第一次握手：客戶端發送SYN請求鏈接服務器
第二次握手：服務器 ACK迴應客戶端的鏈接請求同時服務器給客戶端發出鏈接請求
第三次握手：客戶端 ACK迴應服務器的鏈接請求

3.2、四次揮手調用close 激發底層發送FIN關閉請求

不缺分客戶端或服務器先後問題。

第一次揮手：A調用close 激發底層發送FIN關閉請求並且A處於半關閉狀態
第二次揮手：B的底層給A迴應ACK 同時導致B的應用層recv/read收到0長度數據包
第三次揮手：B調用close 激發底層給A發送FIN關閉請求並且B處於半關閉狀態
第四次揮手：A的底層給B迴應ACK 同時 A處於完全關閉狀態，B收到A的ACK也處於完全關閉狀態

3.3、close 關閉套接字

4、TCP併發服務器

併發服務器：同時服務於多個客戶端
TCP併發服務器:本質是TCP服務器，同時服務於多個客戶端
TCP併發服務器的注意點：
TCP服務器、提取多個客戶端、開啓進程或線程處理每個客戶端

4.1、多線程（常用）

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
//TCP併發ECHO服務器（併發回執服務器---客戶端給服務器發啥 服務器就給客戶端回啥）
void* deal_client_fun(void *arg)//arg = &new_fd
{
	//併發服務器的核心服務代碼（各不相同）
	//通過arg獲得已連接套接字
	int fd = *(int *)arg;
	while(1)//以下語句是服務器的核心代碼
	{
		//獲取客戶端請求
		char buf[128]="";
		int len = recv(fd,buf,sizeof(buf), 0);
		if(len == 0)
			break;
		//迴應客戶端
		send(fd, buf, len, 0);
	}
	
	close(fd);
}
int main()
{
	//1、創建tcp監聽套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
	}
	int yes = 1;
     setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes,sizeof(yes));
     
	//2、給TCP監聽套接字 bind固定的IP以及端口信息
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(8000);
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
	if(ret == -1)
	{
		perror("bind");
	}
	//3、調用listen 將sockfd主動變被動  同時創建鏈接隊列
	listen(sockfd, 10);
	
	//4、提取完成鏈接的客戶端 accept
	//accept調用一次 只能提取一個客戶端
	while(1)
	{
		struct sockaddr_in cli_addr;
		socklen_t cli_len = sizeof(cli_addr);
		int new_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&cli_addr , &cli_len);
		
		//遍歷客戶端的信息ip port
		unsigned short port=ntohs(cli_addr.sin_port);
		char ip[16]="";
		inet_ntop(AF_INET,&cli_addr.sin_addr.s_addr, ip, 16);
		printf("已有客戶端:%s:%hu連接上了服務器\n", ip, port);
		
		//對每一個客戶端 開啓一個線程 單獨的服務器客戶端
		pthread_t tid;
		pthread_create(&tid,NULL, deal_client_fun, (void *)&new_fd);
		//線程分離
		pthread_detach(tid);
	}	
	
	//關閉監聽套接字
	close(sockfd);
	
	return 0;
}

運行結果：

上述代碼如果客戶端正常退出不會有啥影響，但是如果服務器意外退出綁定的端口信息來不及釋放，就會造成系統臨時佔用服務器上次bind的端口，如果在5~6分鐘之內再次運行服務器這是導致新運行的服務器 bind失敗

4.2、解決上述問題：端口複用

服務器的進程網絡資源任然被佔用一般1分鐘作用釋放

int yes = 1;
setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes,sizeof(yes));

將上面的兩句話添加到socket只有 bind函數之前

4.3、併發服務器多進程實現

案例

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
//TCP併發ECHO服務器（併發回執服務器---客戶端給服務器發啥 服務器就給客戶端回啥）
void deal_client_fun(int fd)//fd = new_fd
{
	while(1)//以下語句是服務器的核心代碼
	{
		//獲取客戶端請求
		char buf[128]="";
		int len = recv(fd,buf,sizeof(buf), 0);
		if(len == 0)
			break;
		//迴應客戶端
		send(fd, buf, len, 0);
	}
	
	return;
}
int main()
{
	//1、創建tcp監聽套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
	}
	//端口複用
	int yes = 1;
	setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes,sizeof(yes));
	
	//2、給TCP監聽套接字 bind固定的IP以及端口信息
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(8000);
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
	if(ret == -1)
	{
		perror("bind");
	}
	//3、調用listen 將sockfd主動變被動  同時創建鏈接隊列
	listen(sockfd, 10);
	
	//4、提取完成鏈接的客戶端 accept
	//accept調用一次 只能提取一個客戶端
	while(1)
	{
		struct sockaddr_in cli_addr;
		socklen_t cli_len = sizeof(cli_addr);
		int new_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&cli_addr , &cli_len);
		
		//遍歷客戶端的信息ip port
		unsigned short port=ntohs(cli_addr.sin_port);
		char ip[16]="";
		inet_ntop(AF_INET,&cli_addr.sin_addr.s_addr, ip, 16);
		printf("已有客戶端:%s:%hu連接上了服務器\n", ip, port);
		
		pid_t pid;
		if(fork() == 0)//子進程  服務器客戶端 不需要監聽套接字
		{
			//關閉監聽套接字
			close(sockfd);
			
			//服務於客戶端
			deal_client_fun(new_fd);
			
			//關閉已連接套接字
			close(new_fd);
			_exit(-1);
		}
		else//父進程
		{
			//監聽新的連接到來 不需要和客戶端通信 必須關閉已連接套接字new_fd
			close(new_fd);
		}
	}	
	
	//關閉監聽套接字
	close(sockfd);
	
	return 0;
}

運行結果：

總結：

TCP併發服務器進程版：父子進程資源獨立某個進程結束不會影響已有的進程服務器更加穩定代價多進程會消耗很多資源。
TCP併發服務器線程版：線程共享進程資源資源開銷小但是一旦主進程結束所有線程都會結束服務器先對進程不是那麼穩定

臨時複習：已連接套接字和 accpet中返回的客戶端地址結構分析

5、HTTP協議

HTTP基於TCP

5.1、HTTP協議的概述

5.1.1、web服務器簡介

Web服務器又稱WWW服務器、網站服務器等
特點
使用HTTP協議與客戶機瀏覽器進行信息交流
不僅能存儲信息，還能在用戶通過web瀏覽器提供的信息的基礎上運行腳本和程序
該服務器需可安裝在UNIX、Linux或Windows等操作系統上
著名的服務器有Apache、Tomcat、 IIS等

5.1.2、HTTP協議

Webserver—HTTP協議
概念
一種詳細規定了瀏覽器和萬維網服務器之間互相通信的規則，通過因特網傳送萬維網文檔的數據傳送協議
特點
1、支持C/S架構
2、簡單快速：客戶向服務器請求服務時，只需傳送請求方法和路徑，常用方法:GET、POST
3、無連接：限制每次連接只處理一個請求
4、無狀態：即如果後續處理需要前面的信息，它必須重傳，這樣可能導致每次連接傳送的數據量會增大

5.2、Webserver 通信過程

我們寫的是服務器端必須是TCP併發服務器客戶端由瀏覽器充當

5.3、Web編程開發

網頁瀏覽（使用GET方式）
客戶端瀏覽器請求：

服務器收到的數據（瀏覽器發出的文件請求）：

服務器應答的格式：請求成功服務器打開文件成功給瀏覽器發送的報文

服務器應答的格式：請求失敗打開本地文件失敗給瀏覽器發報文

案例：webserver服務器

#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#include<pthread.h>
#include<unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
char head[] = "HTTP/1.1 200 OK\r\n"						\
				  "Content-Type: text/html\r\n"				\
				  "\r\n";
char err[]=	"HTTP/1.1 404 Not Found\r\n"			\
					"Content-Type: text/html\r\n"			\
					"\r\n"								\
					"<HTML><BODY>File not found</BODY></HTML>";
void *deal_client_fun(void *arg)//arg=new_fd
{
	int new_fd = (int)arg;
	
	//1、recv獲取客戶端的請求（只需要調用一次）
	unsigned char buf[512]="";
	recv(new_fd,buf,sizeof(buf), 0);
	
	//2、解析buf 提取所請求的文件名
	char file_name[128]="./html/";
	sscanf(buf,"GET /%s", file_name+7);
	if(file_name[7]=='\0')
		char file_name[128]="./html/index.html";
	
	//3、打開本地文件
	int fd = open(file_name, O_RDONLY);
	if(fd < 0)//打開文件失敗
	{
		perror("open");
		//發送失敗報文給客戶端
		send(new_fd, err, strlen(err), 0);
	}
	else//打開本地文件成功
	{
		//發送成功報文 請準備接受
		send(new_fd, head, strlen(head), 0);
		
		//不停的給瀏覽器客戶端 發送文件數據
		while(1)
		{
			//從本地文件讀取數據
			unsigned char buf[1024]="";
			int ret = read(fd,buf,sizeof(buf));
			printf("ret=%d\n", ret);
			if(ret<1024)//文件末尾 將數據發送出去
			{
				send(new_fd,buf,ret,0);
				break;
			}
			send(new_fd,buf,ret,0);
		}
		
		//關閉本地文件描述符
		close(fd);
	}
	
	close(new_fd);
	return NULL;
}

//運行的方式：./a.out 8000
int main(int argc,char *argv[])
{
	if(argc != 2)
	{
		printf("./a.out 8000\n");
		return 0;
	}
	
	//1、創建TCP監聽套接字
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
		return 0;
	}
	
	//2、端口複用
	int yes = 1;
	setsockopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &yes,sizeof(yes));
	
	//3、給服務器綁定固定的IP以及端口
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr,sizeof(my_addr));
	my_addr.sin_family = AF_INET;
	my_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
	int ret = bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr,sizeof(my_addr));
	if(ret == -1)
	{
		perror("bind");
	}
	
	//4、使用listen函數 將套接字 由主動變被動 創建連接隊列
	listen(sockfd, 15);
	
	
	//5、while不停的提取客戶端 產生已連接套接字
	while(1)
	{
		struct sockaddr_in cli_addr;
		socklen_t cli_len = sizeof(cli_addr);
		int new_fd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&cli_addr , &cli_len);
		
		//遍歷客戶端的信息ip port
		unsigned short port=ntohs(cli_addr.sin_port);
		char ip[16]="";
		inet_ntop(AF_INET,&cli_addr.sin_addr.s_addr, ip, 16);
		printf("已有客戶端:%s:%hu連接上了服務器\n", ip, port);
		
		//創建線程 服務於客戶端
		pthread_t tid;
		pthread_create(&tid,NULL, deal_client_fun, (void *)new_fd);
		pthread_detach(tid);
	}
	
	//關閉監聽套接字
	close(sockfd);
	return 0;
}

socket編程(TCP)

TCP面向鏈接編程

TCP協議的特點

1、TCP客戶端

1.1、創建tcp套接字

1.2、做爲客戶端需要具備的條件

1.3、connect鏈接服務器的函數

1.4、send函數

1.5、recv函數

案例：TCP客戶端

2、TCP服務器

做爲TCP服務器需要具備的條件

2.1、listen 函數

2.2、accept函數

案例：

3、TCP的三次握手 四次揮手

3.1、TCP的三次握手 客戶端 connec函數調用的時候發起

3.2、四次揮手 調用close 激發 底層發送FIN關閉請求

3.3、close 關閉套接字

4、TCP併發服務器

4.1、多線程（常用）

4.2、解決上述問題：端口複用

4.3、併發服務器 多進程實現

案例

總結：

5、HTTP協議

5.1、HTTP協議的概述

5.1.1、web服務器簡介

5.1.2、HTTP協議

5.2、Webserver 通信過程

5.3、Web編程開發

案例：webserver服務器

3、TCP的三次握手四次揮手

3.1、TCP的三次握手客戶端 connec函數調用的時候發起

3.2、四次揮手調用close 激發底層發送FIN關閉請求

4.3、併發服務器多進程實現