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深入了解linux网络—— TCP网络通信（上）

news 2025/10/5 5:25:59

前言

了解了UDP通信相关接口，现在来学习TCP通信的相关接口

服务端

无论是UDP通信，还是TCP通信；都要创建套接字、绑定端口号。

1. 初始化

创建套接字

int socket(int domain, int type, int protocol);

这里要使用TCP通信，传递的参数就应该是：AF_INET、SOCKSTREAM（面向字节流）

socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); //AF_INET 网络通信   SOCK_STREAM  面向字节流

对于socket返回值，是一个文件描述符；和UDP使用略有差别(在accept详细介绍)

绑定端口号

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

对于bind绑定端口号，需要sockfd和struct sockaddr*类型的指针对象；（这里就直接使用封装好的InetAddr具体是实现在：lesson17/chat/inetaddr.hpp · 迟来的grown/linux）

bind(_sockfd, addr.GetInetAddr(), addr.GetLen());

这里服务端，IP地址就直接绑定INADDR_ANY了

监听状态

对于UDP通信，只需要创建套接字、绑定端口号就可以了；

而TCP通信，除此之外还需要设置监听状态

设置监听状态要是有接口 ： listen

int listen(int sockfd, int backlog);

参数：

  • sockfd：创建套接字socket返回的文件描述符。
  • backlog：表示该套接字维护的连接请求队列的最大长度，也就是：等待被接受的最大连接数

返回值：

成功返回0、失败则返回-1。

所以，对于UDP通信，只需要创建套接字和绑定端口号；

而TCP通信，还需要设置监听状态。

class TcpServer
{
public:TcpServer(uint16_t port) : _sockfd(-1), _port(port){}~TcpServer() {}void Init(){// 1. socket_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (_sockfd < 0){LOG(Level::FATAL) << "socket error";exit(1);}LOG(Level::DEBUG) << "socket success";// 2. bindInetAddr addr(_port);int b = bind(_sockfd, addr.GetInetAddr(), addr.GetLen());if (b < 0){LOG(Level::FATAL) << "bind error";exit(2);}LOG(Level::DEBUG) << "bind success";// 3. listenint l = listen(_sockfd, 5);if (l < 0){LOG(Level::FATAL) << "listen error";exit(3);}LOG(Level::DEBUG) << "listen success";}
private:int _sockfd;uint16_t _port;
};

这样，在使用时，只需创建TcpServer对象，直接调用即可：

int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 2){std::cout << "usage : " << argv[0] << " port" << std::endl;exit(1);}uint16_t port = std::stoi(argv[1]);TcpServer tsvr(port);tsvr.Init();sleep(100);return 0;
}

这里，我们可以使用netstat命令查看：(ntestat -naltp)

-l： 监听状态； -t：TCP通信

在这里插入图片描述

2. 读取消息

在UDP通信中，创建套接字、绑定端口号之后，就可以直接调用sendto和recvfrom进行发送和接受信息。

而在TCP中，进行读取消息之前，还需要建立连接；（服务端获取连接请求，客户端发送连接请求）。

只有建立了连接，才能进行网络通信。

获取连接

客户端获取连接请求所有到的接口：accept

在这里插入图片描述

       int accept(int sockfd, struct sockaddr *_Nullable restrict addr,socklen_t *_Nullable restrict addrlen);

参数

参数相对来说还是非常好理解的：

  • sockfd创建套接字所返回的文件描述符；
  • addr：输出型参数，获取远端的addr
  • addrlen传参时表示addr的长度，调用成功后表示所获取到远端addr的长度。

返回值：

对于accept的返回值就非常有意思了：

在这里插入图片描述

看看到，如果调用成功，返回一个文件描述符；那accept返回的文件描述符和socket返回的文件描述符有什么区别呢？

socket：创建套接字返回的文件描述符，该文件描述符只用来绑定端口号和获取连接请求。

accept：对于accept返回的文件描述符，在通信时读取使用。

简单来说就是，一个服务端可能连接多个客户端；

每一个连接都存在一个文件描述符，在服务的通过文件描述符来 接受/发送信息 给客户端。

接受/发送信息

对于TCP通信，要接受信息用的接口是read；（就是进行文件读操作的read)

而发送信息用的接口是write；（就是文件写操作的write）

要读取信息，用的就是accept返回的文件描述符

    void Server(int rwfd){while (true){char buff[256];int rn = read(rwfd, buff, sizeof(buff) - 1);if (rn < 0){// read出错LOG(Level::ERROR) << "read error";break;}else if (rn == 0){// write端退出LOG(Level::INFO) << "writer is exit";break;}// 读取成功buff[rn] = '\0';std::cout << "read : " << buff << std::endl;// 发送信息, 这里简单将信息发送回去int wn = write(rwfd, buff, rn);if (wn < 0){LOG(Level::ERROR) << "write error";break;}}}void Start(){while (true){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);bzero(&peer, len);int rwfd = accept(_sockfd, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (rwfd < 0){LOG(Level::FATAL) << "accept error";exit(4);}LOG(Level::DEBUG) << "accept success";// 读写Server(rwfd);}}

这里读写操作和文件读写一模一样。

简单来说：TCP通信，socket返回的文件描述符只用来绑定bind、监听listen和获取连接请求accept使用；

而进行通信使用的都是accept返回的文件描述符。

3. telnet 测试

这里只是实现了server端代码，简单测试一下；

telnet命令可以用来连接某IP地址端口号（发送连接请求）

telnet IP port

在这里插入图片描述

这里可以使用netstat -natlp查看连接情况：

在这里插入图片描述

这里是在一台服务器上做测试，可以看到两条连接。

客户端

对于客户端，首先还是要创建套接字；

还是无需显示绑定（UDP通信时，是首次发送信息时绑定；那TCP呢？）

在TCP通信中，则是在connect成功时自动绑定。

所以，客户端除了创建套接字之外，还需要做的就是发送连接请求；

       int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);

对于connect的参数，还是非常容易理解的：

  • sockfd：创建套接字返回的文件描述符。
  • addr：远端的sockaddr_in字段。
  • addrlen：addr的长度

返回值：

在这里插入图片描述

客户端绑定是在connect成功时自动绑定的；

connect成功/绑定成功，返回0；否则返回-1，且错误码被设置。

读写操作

对于客户端读写操作，还是使用read、write接口；

所用的文件描述符就是socket返回的文件描述符。

#include "log.hpp"
#include "inetaddr.hpp"
using namespace hllog;
using namespace hladdr;
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc != 3){std::cout << "usage : " << argv[0] << " server_ip server_port" << std::endl;exit(1);}InetAddr server(argv[1], std::stoi(argv[2]));// 1. socketint sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (sockfd < 0){LOG(Level::FATAL) << "socket error";exit(1);}LOG(Level::INFO) << "socket success, sockfd : " << sockfd;// 2. connectint n = connect(sockfd, server.GetInetAddr(), server.GetLen());if (n < 0){LOG(Level::FATAL) << "connect error";exit(2);}LOG(Level::INFO) << "connect success, sockfd : " << sockfd;// 写/读while (true){std::string massage;std::cout << "Please Enter #";std::getline(std::cin, massage);int wn = write(sockfd, massage.c_str(), massage.size());if (wn < 0){LOG(Level::WARNING) << "write error";break;}// 接受char buff[256];int rn = read(sockfd, buff, sizeof(buff) - 1);if (rn < 0)continue;else if (rn == 0)break;buff[rn] = '\0';std::cout << "recive : " << buff << std::endl;}return 0;
}

多进程

对于上述实现的代码，存在一个bug：一次只能处理一个client端的请求；

这是因为在server获取到一个连接时，就会长服务式的处理这个请求（读写）；只要这个连接不退出，server就无法获取新的连接请求。

这里就将上述代码修改成多进程的：

在server端获取到一个连接时，就创建一个子进程，让子进程去服务；父进程继续获取请求。

问题：子进程退出时，父进程如何回收？何时回收？

  • 解决方案1：将tcpserver进程对SIGCHLD信号的处理方式设置成SIG_IGN或者自定义捕捉。
  • 解决方案2 ：子进程再创建子进程（孙子进程），然后子进程退出，tcpserver回收子进程；孙子进程去服务（孤儿进程，进程推了操作系统自动回收）。

对于多进程要注意：在创建子进程后要关闭不用的文件描述符。

这里就直接实现方案二：

    void Server(int rwfd){while (true){char buff[256];int rn = read(rwfd, buff, sizeof(buff) - 1);if (rn < 0){// read出错LOG(Level::ERROR) << "read error";break;}else if (rn == 0){// write端退出LOG(Level::INFO) << "writer is exit";break;}// 读取成功buff[rn] = '\0';std::cout << "read : " << buff << std::endl;// 发送信息, 这里简单将信息发送回去int wn = write(rwfd, buff, rn);if (wn < 0){LOG(Level::ERROR) << "write error";break;}}}void Start(){while (true){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);bzero(&peer, len);int rwfd = accept(_sockfd, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (rwfd < 0){LOG(Level::FATAL) << "accept error";exit(4);}LOG(Level::DEBUG) << "accept success";// 读写// Server(rwfd);// 多进程pid_t pid = fork();if (pid < 0){LOG(Level::FATAL) << "fork error";exit(1);}else if (pid == 0){close(_sockfd);if (fork() == 0)Server(rwfd);exit(0);}// 父进程waitpid(pid, nullptr, 0);}}

多线程

要实现多线程版本，创建线程去执行Server；

但是Server的是void(TcpServer*, int)类型的，创建线程要执行的方法：void*(void*)类型。

并且，创建出来的线程是不知道通信要使用的文件描述符的。

  • 对于线程无法访问到通信要使用的文件描述符，这里直接在TcpServer中使用一个类，表示线程调用Server需要的数据。

    需要哪些数据呢？（fd读写使用的文件描述符、TcpServer*类型的指针对象用来调用Server方法，要知道远端通信对方的IP地址和port，也需要InetAddr类型对象。）

  • 对于线程执行方法，使用一个静态成员方法Routinue，通过传参将所需要的数据传递进去。

在创建完线程之后，设置新线程detach分离，无需手动回收

        void Server(int rwfd, InetAddr &addr){while (true){char buff[256];int rn = read(rwfd, buff, sizeof(buff) - 1);if (rn < 0){// read出错LOG(Level::ERROR) << "read error";break;}else if (rn == 0){// write端退出LOG(Level::INFO) << "writer is exit";break;}// 读取成功buff[rn] = '\0';std::cout << addr.ToString() << " : " << buff << std::endl;// 发送信息, 这里简单将信息发送回去int wn = write(rwfd, buff, rn);if (wn < 0){LOG(Level::ERROR) << "write error";break;}}}class ThreadData{public:ThreadData(int fd, TcpServer *tsvr, InetAddr addr): _fd(fd), _tsvr(tsvr), _addr(addr){}int _fd;TcpServer *_tsvr;InetAddr _addr;};static void *Routinue(void *argv){ThreadData *td = static_cast<ThreadData *>(argv);td->_tsvr->Server(td->_fd, td->_addr);return nullptr;}void Start(){while (true){struct sockaddr_in peer;socklen_t len = sizeof(peer);bzero(&peer, len);int rwfd = accept(_sockfd, (struct sockaddr *)&peer, &len);if (rwfd < 0){LOG(Level::FATAL) << "accept error";exit(4);}LOG(Level::DEBUG) << "accept success";// 多线程pthread_t tid;ThreadData* td = new ThreadData(rwfd,this,peer);pthread_create(&tid,nullptr,Routinue,td);}}

到这里，本篇文章内容就结束了，感谢支持
我的博客即将同步至腾讯云开发者社区，邀请大家一同入驻：https://cloud.tencent.com/developer/support-plan?invite_code=2oul0hvapjsws

http://www.dtcms.com/a/441784.html

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