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【计算机网络】TCP实战

news 2025/7/2 3:07:48

其实有了UDP的基础，TCP不管怎么说学习起来都还是比较舒服的，至少是比直接就学习TCP的感觉好。

这篇文章最多就是介绍一下起手式，如果想带业务的话和UDP那篇是完全一样的，就不进行演示了。
总的来说还是很简单的。

Echo

我们还是从最简单的不带业务的Echo开始。

服务端起手式

服务器起手式
首先要说明的一点是，TCP是面向字节流，有连接。
而UDP创建好套接字后不管连接，直接recvfrom，sendto就可以发送。

在TCP编码中会体现出有连接的特点，面向字节流会在理论中提及，代码中实践。

创建套接字
首先与UDP不同的是，UDP的第二个参数是SOCK_DGRAM。

_listenfd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

关于这两个参数不同含义更详细的放在下图中了。
在这里插入图片描述
另外，这次使用listenfd接收，以前我们获得的就是sockfd，直接使用这个描述符进行收发，那么叫listenfd肯定是有特别用意。

进行bind
bind没什么好说的，仍旧是要注意填参问题。

int n = ::bind(_listenfd, (struct sockaddr *)&local, len);

进入listen状态

在这里插入图片描述

从这里就可以看到面向连接的痕迹了。
那么什么叫listen状态？
我们举一个小例子：
UDP就是无人售货店，不许用老板看店即可买东西。
但是TCP就是有人售货店，需要老板在才可以买东西，而TCP就是那个有人售货店，listen就是设置为老板模式，这样就可以接客了。

第一个参数就是你得到的listenfd。
第二个参数是连接队列长度，这个值我们暂时先不用管，一般默认设置为4， 8， 16即可，不需要太大。

n = ::listen(_listenfd, gbacklog);

服务端LOOP

accept
来了新的连接我们就要去accept了
换句话说就是在有人售货店中现在如果来客人了老板就需要去接客。

int sockfd = ::accept(_listenfd, (sockaddr *)&peer, &len);

参数是输出型参数，来一个连接就可以获得这个连接的基本信息。
但是要注意填参时一定要正确填参，虽然addrlen是一个输出型参数，但仍然需要正确初始化，不能不初始化。
我就犯了这个错误，导致有时错误（accept或者connect错误，connect在客户端会提到），甚至搞的我以为这是tcp特性… 在这里插入图片描述
但是我们注意到返回值是一个文件描述符！？那么他是什么？与listenfd有何区别？我们举一个例子进行理解：

上图可以形象的帮助理解返回值。
其中饭店 = 服务器
客户 = 新连接
揽客员 = listenfd（socket返回值）
服务员 = sockfd （accept返回值）

listenfd不直接提供服务，sockfd才直接提供服务！
所以在TCP服务端我们一般将socket返回值叫做监听套接字。

没有连接时就会陷入阻塞状态，accept失败返回-1（这里可以理解为揽客员都把路人拉到店里面，但是路人又临时有事离开了，导致拉客失败~）。

下段代码是TCP的框架代码，与UDP有很大的不同。

void Loop()
{_isrunning = true;while (_isrunning){sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);int sockfd = ::accept(_listenfd, (sockaddr *)&peer, &len);if (sockfd < 0){continue;}// version 0 ：提供长服务。service(sockfd);}_isrunning = false;
}

与UDP有很大的不同：
每一次循环都对应着一个新连接，我们随后要对这个新连接进行长服务；
而UDP是不管来的是谁，都统一处理。

读写操作
我们在长服务中进行读写操作。

因为我们是面向字节流，而管道、文件也都是流。
且Linux下一切皆文件，管道、文件都是文件，所以都是可以用文件操作read，write进行读写，所以这里也可以使用文件操作！

void service(int sockfd)
{// 长服务while (true){char inbuffer[1024];int n = read(sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1);if (n > 0){inbuffer[n] = 0;int m = write(sockfd, inbuffer, n);if (m < 0){break;}}else if (n == 0){break;}else{break;}}::close(sockfd);
}

但是这里有一个细节要注意：read的返回值>0是表示读到的字节数（无\0），==0时表示读到文件结尾，在这里表示客户端结束。
就想吃在管道那里，写端管了，读端读出的自然都是0了。

客户端起手

socket

int sockfd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

注意客户端仍旧是用socket的返回值进行通信。

connect
同样，客户端还是不用bind，在UDP那是sendto时OS进行绑定，而在这就是connect时帮我们自动绑定。

sockaddr_in peer;
memset(&peer, 0, sizeof(peer));
inet_pton(AF_INET, ip.c_str(), &peer.sin_addr);
peer.sin_port = htons(port);
peer.sin_family = AF_INET;
int n = ::connect(sockfd, (sockaddr *)&peer, sizeof(peer));

客户端LOOP

这里没啥好说的，就是普通的write + read。
但是要注意：由于是面向字节流，所以这里的处理是有问题的！具体如何操作请看用户自定义协议与序列化

while (true)
{std::cout << "Please enter#";std::string line;getline(std::cin, line);n = write(sockfd, line.c_str(), line.size());if (n < 0){break;}char inbuffer[1024];n = read(sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer) - 1);if (n > 0){inbuffer[n] = 0;std::cout << inbuffer << std::endl; }
}

完整代码链接

验证

在这里插入图片描述
但是当我们多开一个客户端就会发现：一个服务端只能服务一个客户端。
原因在于我们当前是串行，必须等当前客户端退出才能accept下一个客户端，并没有处理并发客户端的能力。

所以改进就来了

改进

方案一

多进程方案。
我们知道子进程是会继承父进程的代码和数据的，同样的文件描述符表也会继承，因此我们就可以利用这个特点让子进程去执行代码和数据。

在这里插入图片描述
首先我们fork之后就要将不需要的文件描述符关闭
对于子进程来说，是怕误操作；
对于父进程来说，是为了防止文件描述符泄露，因为进程具有独立性，当子进程继承了后，就与父进程相互不影响了。若是父进程不关闭，一直申请fd却步关闭那么就造成了资源泄露。

但是注意，由于父进程要进行等待，所以此时仍然是串行。
想要解决有两种方法

由于子进程结束时会发送SIGCHLD信号，于是进行信号忽略signal(SIGCHLD, SIG_IGN)。另外这也是最佳方案。
下段代码所示:我们进行再次fork，并让子进程退出，所以此时孙子进程成为了孤儿进程，孤儿进程的父进程是OS，结束归OS管，完美的利用了OS的特性。

pid_t pid = fork();
if (pid == 0)
{if (fork() > 0) exit(0);// 子进程关闭不需要的fd，防止误操作。::close(_listenfd);service(sockfd, inetaddr);exit(0);
}
waitpid(pid, nullptr, 0);
// 父进程关闭不需要的fd，防止内存泄漏。
::close(sockfd);