TCP/IP网络编程基础

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网络协议：TCP/IP

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应用层：主要负责为用户提供网络服务。应用层协议包括HTTP、FTP、SMTP等。
传输层：主要负责在网络中建立端到端的连接，提供可靠的数据传输。传输层协议包括TCP和UDP。
网络层：主要负责网络地址的分配和路由选择，例如 IP 协议。
数据链路层：主要负责传输数据帧，例如以太网、ATM 和 PPP 等协议。

参考资料：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/620485741

进程间通信：IPC

管道：pipe
信号：signal
信号量：semaphore
消息队列：message
共享内存：share memory
套接字：socket

参考资料：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/502627174

套接字：socket

img

服务端和客户端初始化Socket，得到文件描述符
服务端调用bind，绑定IP和端口
服务端调用listen，进行监听
服务端调用accept，等待客户端连接
客户端调用connect，向服务端发起连接请求。（TCP三次握手）
服务端调用accept返回用于传输的Socket的文件描述符（和第一点得到的Socket不同）
客户端使用write写入数据，服务端调用read读取数据
客户端断开连接时会调用close，服务端也会调用close（TCP四次挥手）

参考资料：

https://blog.csdn.net/OYMNCHR/article/details/124728256

最简单的服务端

Cygwin 安装教程：

https://blog.csdn.net/weixin_44778232/article/details/127579150

server.cpp

#include <iostream>

#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string>
using std::string;

int main()
{
    // 1. 创建 socket
    int sockfd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (sockfd < 0)
    {
        printf("create socket error: errno=%d errmsg=%s\n", errno, strerror(errno));
        return 1;
    }
    else
    {
        printf("create socket success!\n");
    }

    // 2. 绑定 socket
    string ip = "127.0.0.1";
    int port = 8080;

    struct sockaddr_in sockaddr;
    std::memset(&sockaddr, 0, sizeof(sockaddr));
    sockaddr.sin_family = AF_INET;
    sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
    sockaddr.sin_port = htons(port);
    if (::bind(sockfd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0)
    {
        printf("socket bind error: errno=%d, errmsg=%s\n", errno, strerror(errno));
        return 1;
    }
    else
    {
        printf("socket bind success: ip=%s port=%d\n", ip.c_str(), port);
    }

    // 3. 监听 socket
    if (::listen(sockfd, 1024) < 0)
    {
        printf("socket listen error: errno=%d errmsg=%s\n", errno, strerror(errno));
        return 1;
    }
    else
    {
        printf("socket listen ...\n");
    }

    while (true)
    {
        // 4. 接收客户端连接
        int connfd = ::accept(sockfd, nullptr, nullptr);
        if (connfd < 0)
        {
            printf("socket accept error: errno=%d errmsg=%s\n", errno, strerror(errno));
            return 1;
        }

        char buf[1024] = {0};

        // 5. 接收客户端的数据
        size_t len = ::recv(connfd, buf, sizeof(buf), 0);
        printf("recv: conn=%d msg=%s\n", connfd, buf);

        // 6. 向客服端发送数据
        ::send(connfd, buf, len, 0);
    }

    // 7. 关闭 socket
    ::close(sockfd);
    return 0;
}

最简单的客户端

client.cpp

#include <iostream>

#include <cstring>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string>
using std::string;

int main()
{
    // 1. 创建 socket
    int sockfd = ::socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
    if (sockfd < 0)
    {
        printf("create socket error: errno=%d errmsg=%s\n", errno, strerror(errno));
        return 1;
    }
    else
    {
        printf("create socket success!\n");
    }

    // 2. 连接服务端
    string ip = "127.0.0.1";
    int port = 8080;

    struct sockaddr_in sockaddr;
    std::memset(&sockaddr, 0, sizeof(sockaddr));
    sockaddr.sin_family = AF_INET;
    sockaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip.c_str());
    sockaddr.sin_port = htons(port);
    if (::connect(sockfd, (struct sockaddr *)&sockaddr, sizeof(sockaddr)) < 0)
    {
        printf("socket connect error: errno=%d errmsg=%s\n", errno, strerror(errno));
        return 1;
    }

    // 3. 向服务端发送数据
    string data = "hello world";
    ::send(sockfd, data.c_str(), data.size(), 0);

    // 4. 接收服务端的数据
    char buf[1024] = {0};
    ::recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);

    printf("recv: %s\n", buf);

    // 5. 关闭 socket
    ::close(sockfd);

    return 0;
}

Socket 封装

服务端：server2.cpp

#include <iostream>

#include <socket/socket.h>
using namespace yazi::socket;

int main()
{
    Singleton<Logger>::instance()->open("./../server.log");

    // 1. 创建 socket
    Socket server;

    // 2. 绑定 socket
    server.bind("127.0.0.1", 8080);

    // 3. 监听 socket
    server.listen(1024);

    while (true)
    {
        // 4. 接收客户端连接
        int connfd = server.accept();
        if (connfd < 0)
        {
            return 1;
        }

        Socket client(connfd);

        char buf[1024] = {0};

        // 5. 接收客户端的数据
        size_t len = client.recv(buf, sizeof(buf));
        printf("recv: connfd=%d msg=%s\n", connfd, buf);

        // 6. 向客户端发送数据
        client.send(buf, len);
    }

    // 7. 关闭 socket
    server.close();
    return 0;
}

客户端：client2.cpp

#include <iostream>

#include <socket/socket.h>
using namespace yazi::socket;

int main()
{
    // 1. 创建 socket
    Socket client;

    // 2. 连接服务端
    client.connect("127.0.0.1", 8080);

    // 3. 向服务端发送数据
    string data = "hello world";
    client.send(data.c_str(), data.size());

    // 4. 接收服务端的数据
    char buf[1024] = {0};
    client.recv(buf, sizeof(buf));
    printf("recv: %s\n", buf);

    // 5. 关闭 socket
    client.close();

    return 0;
}

阻塞 IO

当用户线程发出IO请求之后，内核会去查看数据是否就绪，如果没有就绪就会等待数据就绪，而用户线程就会处于阻塞状态，用户线程交出CPU。当数据就绪之后，内核会将数据拷贝到用户线程，并返回结果给用户线程，用户线程才解除阻塞状态。

非阻塞 IO

当用户线程发起read操作后，并不需要等待，而是马上得到结果。如果结果是一个error时，它就知道数据还没有准备好，于是它可以再次发起read操作。如果内核中的数据准备好了，它就将数据拷贝到用户线程。

在非阻塞IO模型中，用户线程需要不断地轮询内核数据是否就绪，也就是说非阻塞IO不会交出CPU，而会一直占用CPU。

发送缓冲区

暂时无法在飞书文档外展示此内容

socket 没法直接将数据发送到网卡，所以只能先将数据发送到操作系统数据发送缓冲区。然后网卡从数据发送缓冲区中获取数据，再发送到接收方。

如果用户程序发送数据的速度比网卡读取的速度快，那么发送缓冲区将会很快被写满，这个时候 send 会被阻塞，也就是写入发生阻塞。

接收缓冲区

暂时无法在飞书文档外展示此内容

首先接收方机器网卡接收到发送方的数据后，先将数据保存到操作系统接收缓冲区。用户程序感知到操作系统缓冲区的数据后，主动调用接收数据的方法来获取数据。

如果数据接收缓冲区为空，这个时候 recv 会被阻塞，也就是读取发生阻塞。

注意：发送缓冲区和接收缓冲区这两个区域是每一个socket连接都有的。本质上而言，就是内核中的两块内存空间，socket创建完成后，这两块内存空间就开辟出来了。

SO_LINGER

设置函数close()关闭TCP连接时的行为。缺省close()的行为是，如果有数据残留在socket发送缓冲区中则系统将继续发送这些数据给对方，等待被确认，然后返回。

参考资料：

https://blog.csdn.net/u012635648/article/details/80279338

SO_KEEPALIVE

不论是服务端还是客户端，一方开启 KeepAlive 功能后，就会自动在规定时间内向对方发送心跳包，而另一方在收到心跳包后就会自动回复，以告诉对方我仍然在线。

参考资料：

https://www.cnblogs.com/1119reya/p/10382276.html

SO_REUSEADDR

SO_REUSEADDR是一个很有用的选项，一般服务器的监听socket都应该打开它。它的大意是允许服务器bind一个地址，即使这个地址当前已经存在已建立的连接

参考资料：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/79999012

服务端 socket

class ServerSocket : public Socket
{
public:
    ServerSocket() = delete;
    ServerSocket(const string &ip, int port);
    ~ServerSocket() = default;
};

客户端 socket

class ClientSocket : public Socket
{
public:
    ClientSocket() = delete;
    ClientSocket(const string & ip, int port);
    ~ClientSocket() = default;
};

IO 多路复用

在多路复用IO模型中，会有一个专门的线程不断去轮询多个socket的状态，只有当socket真正有读写事件时，才真正调用实际的IO读写操作。IO多路复用的优势在于，可以处理大量并发的IO，而不用消耗太多CPU/内存。

三种常用的轮询方法：select、poll、epoll

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本文分类：杂项
浏览次数：64 次浏览
发布日期：2023-10-10 15:22:41
本文链接：https://www.889sw.com/show/NzM1

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TCP/IP网络编程基础

网络协议：TCP/IP

进程间通信：IPC

套接字：socket

最简单的服务端

最简单的客户端

Socket 封装

阻塞 IO

非阻塞 IO

发送缓冲区

接收缓冲区

SO_LINGER

SO_KEEPALIVE

SO_REUSEADDR

服务端 socket

客户端 socket

IO 多路复用

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网络协议：TCP/IP

进程间通信：IPC

套接字：socket

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阻塞 IO

非阻塞 IO

发送缓冲区

接收缓冲区

SO_LINGER

SO_KEEPALIVE

SO_REUSEADDR

服务端 socket

客户端 socket

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