一、TCP/IP协议简介

什么是TCP/IP

TCP/IP协议是一种用于因特网的通信协议。TCP指传输控制协议(Transmission Control Protocol)，IP指网际协议(Internet Protocol)。

TCP/IP协议簇中的协议

TCP/IP协议是一个协议簇，其中包含许多协议，囊括了应用层、传输层、网络层以及网络访问层。

应用层包括：
①超文本传输协议(HTTP)，万维网的基本协议
②TFTP文件传输协议
③Telnet远程登录协议
④SNMP网络管理协议
⑤DNS域名解析
网络层包括：
①网际(IP)协议
②因特网消息控制协议ICMP
③ARP地址解析协议
④RARP反向地址解析协议
网络访问层：
网络访问层是TCP/IP协议簇的最底层，它提供物理网络的接口，实现对复杂数据的发送和接收。网络访问层协议为网络接口、数据传输提供了对应的技术规范。TCP/IP中的网络访问层对应OSI七层网络模型中的物理层和数据链路层。

TCP、UDP的区别

TCP、UDP都是TCP/IP协议簇中的通信协议，其中TCP(Transmission Control Protocol)是面向连接的协议，而UDP(User Data Protocol)则是一个非连接的协议。

二、TCP协议应用

TCP的三次握手

TCP协议在进行数据通信之前必须建立连接，而TCP建立连接采用“三次握手”的方式。

三次握手的过程就像打电话，如下：
小刘打电话给王哥，这个打电话的动作即发起连接请求（第一次握手），王哥听到来电铃声接起电话并说：“喂，小刘啊，听得到吗？”，这一步骤就如上图服务端响应客户端的连接请求（第二次握手），这时小刘听见电话里传来王哥的声音，知道王哥已经响应，便说道：“王哥，可以听到。”，这一步即上图中客户端对服务端的第三次握手，此时连接便已成功建立，小刘（客户端）和王哥（服务端）就可以进行通信了。

TCP的四次挥手

如同三次挥手像打电话一样，四次挥手也可以像挂断电话一般。如下：
小刘（客户端）：王哥，事情大概就是这个样子。
王哥（服务端）：好，这个事情你放心，没问题。
王哥（服务端）：小刘，没啥事的话我就挂了啊。
小刘（客户端）：好嘞，再见王哥。
此时连接断开。
拨打/挂断电话跟TCP的三次握手/四次挥手过程不完全一致，但可以用这个过程去初步理解，初步理解后再根据其原理进行深入理解。

TCP服务器

TCP服务器建立的流程是创建套接字、绑定套接字、监听套接字，然后进行收发消息、处理消息的操作。

1、创建套接字

函数原型，TCP协议的通信依靠套接字，在使用套接字之前，需要先使用socket()函数创建套接字，使用该函数时需要传入地址族(af)、数据传输方式/套接字类型(type)、传输协议三个参数(protocol)。
af为地址族(Address Family)，即IP地址类型，常用的有AF_INET和AF_INET6。AF是"Address Family"的简写，INET是"Internet"的简写。AF_INET表示的是IPV4地址，AF_INET6则表示的是IPV6地址。（也可以使用PF(Protocol Family)前缀，与AF一致）
type为数据传输方式/套接字类型，常用的有SOCK_STREAM（数据流式套接字/面向连接的套接字）和SOCK_DGRAM(数据报式套接字/无连接的套接字)。
protocol为传输协议，常用的有IPPROTO_TCP和IPPROTO_UDP，分别表示TCP传输协议和UDP传输协议。在使用TCP或UDP协议时，由于SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM分别只能用于TCP、UDP，因此该参数可以填0，系统会自行适配传输协议。

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

INT sockfd = 0;
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(0 > sockfd)
{SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Create socket fail\r\n");return -1;
}

2、绑定、监听套接字

函数原型，sock为socket文件描述符，addr为sockaddr结构体变量的指针，addrlen为addr变量的大小。

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

struct sockaddr_in ServerAddr = {0};
memset(&ServerAddr, 0, sizeof(ServerAddr));
ServerAddr.sin_family = AF_INET;
ServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");
if(0 > bind(sockfd, (struct sockaddr*)&ServerAddr,sizeof(ServerAddr)))
{SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Bind failed\r\n");return -1;
}

函数原型，sock为socket文件描述符，backlog为请求队列的最大长度。

int listen(int sock, int backlog);

if(0 < listen(sockfd, SERVER_MAX_CON))
{SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Listen failed\r\n");return -1;
}
return sockfd;

3、接收连接

TCP服务器完成套接字的创建、绑定与监听操作后，需要调用accept函数接收客户端的连接，函数原型为：

int accept(int sock, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

accpet()函数的参数与listen()函数的一致，不过返回值为客户端的socket描述符。

INT connfd = 0;
connfd = accept(sockfd, NULL, NULL);
if(0 > connfd)
{SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:accept failed\r\n");
}

4、数据传输

连接建立后，即可进行数据的传输。主要使用recv()函数和send()函数。函数原型如下：

int send(SOCKET sock, const char *buf, int len, int flags);
int recv(SOCKET sock, char *buf, int len,int flags);

其中，sock为套接字，buf为要发送或者存储接收数据的缓冲区地址，len为发送/接收的数据的字节数，flags为发送/接收数据的选项（一般为0或者NULL即可）。recv()函数和send()函数的返回值都为接收/发送的实际字节数。

struct sockaddr ClientAddr = {0};
struct sockaddr_in ClientAddrIn = {0};
INT iRes = 0;
ULONG ulNameLen = 0;
CHAR *szBuf[1024] = {0};memset(&ClientAddr, 0, sizeof(ClientAddr));
memset(&ClientAddrIn, 0, sizeof(ClientAddrIn));
ulNameLen = sizeof(struct sockaddr);
connfd = (INT *)void_sockfd;if(0 == getsockname(connfd, &ClientAddr, (socklen_t *)&ulNameLen))
{memcpy(&ClientAddrIn, &ClientAddr, ulNameLen);SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "INFO:Client connect,IP:%s:%d\r\n",inet_ntoa(ClientAddrIn.sin_addr),ntohs(ClientAddrIn.sin_port));
}
else
{SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Get client IP address failed\r\n");
}
while(1)
{iRes = recv(connfd, szBuf, sizeof(szBuf), 0);if(0 > iRes){SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Recv buf From %s failed,iRes:%d\r\n", inet_ntoa(ClientAddrIn.sin_addr), iRes);            }else if(iRes > 0){SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "INFO:Recv buf:%s From:%s\r\nLen:%d\r\n", szBuf, inet_ntoa(ClientAddrIn.sin_addr), iRes);}else{SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "INFO:Connect From %s stop\r\n", inet_ntoa(ClientAddrIn.sin_addr));return;}
}

服务器实例：

#include "tcp_server.h"
#include "../log/log.h"VOID main()
{INT sockfd = 0;sockfd = Socket_Init();if(0 > sockfd){printf("exec failed\r\n");return;}Socket_Process(sockfd);
}INT Socket_Init()
{INT sockfd = 0;    struct sockaddr_in ServerAddr = {0};memset(&ServerAddr, 0, sizeof(ServerAddr));sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(0 > sockfd){SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Create socket fail\r\n");return -1;}ServerAddr.sin_family = AF_INET;ServerAddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);ServerAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");if(0 > bind(sockfd, (struct sockaddr*)&ServerAddr,sizeof(ServerAddr))){SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Bind failed\r\n");return -1;}if(0 < listen(sockfd, SERVER_MAX_CON)){SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Listen failed\r\n");return -1;}return sockfd;
}VOID Socket_Process(INT sockfd)
{INT connfd = 0; pthread_t th_process;while(1){connfd = accept(sockfd, NULL, NULL);if(0 > connfd){SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:accept failed\r\n");}/* 连接成功后进入线程 */pthread_create(&th_process, NULL, Server_Process, (VOID *)connfd);        }
}VOID Server_Process(VOID *void_sockfd)
{INT connfd = 0;struct sockaddr ClientAddr = {0};struct sockaddr_in ClientAddrIn = {0};INT iRes = 0;ULONG ulNameLen = 0;CHAR *szBuf[1024] = {0};memset(&ClientAddr, 0, sizeof(ClientAddr));memset(&ClientAddrIn, 0, sizeof(ClientAddrIn));ulNameLen = sizeof(struct sockaddr);connfd = (INT *)void_sockfd;if(0 == getsockname(connfd, &ClientAddr, (socklen_t *)&ulNameLen)){memcpy(&ClientAddrIn, &ClientAddr, ulNameLen);SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "INFO:Client connect,IP:%s:%d\r\n",inet_ntoa(ClientAddrIn.sin_addr),ntohs(ClientAddrIn.sin_port));}else{SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Get client IP address failed\r\n");}while(1){iRes = recv(connfd, szBuf, sizeof(szBuf), 0);if(0 > iRes){SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "ERROR:Recv buf From %s failed,iRes:%d\r\n", inet_ntoa(ClientAddrIn.sin_addr), iRes);            }else if(iRes > 0){SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "INFO:Recv buf:%s From:%s\r\nLen:%d\r\n", szBuf, inet_ntoa(ClientAddrIn.sin_addr), iRes);}else{SaveLog(MODULE_TCPSERVER, "INFO:Connect From %s stop\r\n", inet_ntoa(ClientAddrIn.sin_addr));return;}}
}

TCP客户端

如同服务器，TCP客户端在数据传输之前也需要创建套接字，不同于服务器的是，客户端创建套接字后无需绑定、监听操作，直接使用connect()函数连接至服务器即可。

/************************
函数名：connect
参数：sock  套接字server_addr  服务器地址结构体addrlen  服务器地址结构体大小
返回值：0为成功，小于0失败
************************/
int connect(int sock, struct sockaddr *server_addr, socklen_t addrlen);

客户端实例

VOID main()
{INT sockfd = 0;   sockfd = ConnectServer();Client_Process(sockfd);
}VOID Client_Process(INT sockfd)
{INT i = 0;INT iRes   = 0;INT iMsgLen = 0;CHAR szBuf[1024] = {0};CHAR szHead[TCP_MSG_HEAD_LEN] = {0};sprintf(szBuf, "This is a hello msg!\r\nIs used to do test for server");/* 组装消息头 */iMsgLen = strlen(szBuf);PackMsgHead(MSG_PRINT, iMsgLen, szHead);/* 发送消息头 */iRes = send(sockfd, szHead, TCP_MSG_HEAD_LEN, 0);if(0 > iRes){SaveLog(MODULE_TCPCLIENT, "ERROR:Send buf failed,iRes:%d\r\n", iRes);return;}SaveLog(MODULE_TCPCLIENT, "INFO:Send head:%s\r\nLen:%d\r\n", szHead, iRes);sleep(1);/* 发送消息体 */iRes = send(sockfd, szBuf, iMsgLen, 0);if(0 > iRes){SaveLog(MODULE_TCPCLIENT, "ERROR:Send buf failed,iRes:%d\r\n", iRes);return;}SaveLog(MODULE_TCPCLIENT, "INFO:Send buf:%s\r\nLen:%d\r\n", szBuf, iRes);sleep(1);while(1);
}INT ConnectServer()
{INT sockfd = 0;struct sockaddr_in cli_addr;memset(&cli_addr, 0, sizeof(cli_addr));cli_addr.sin_family = AF_INET;cli_addr.sin_port   = htons(SERVER_PORT);cli_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP);sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if(sockfd < 0){SaveLog(MODULE_TCPCLIENT, "ERROR:Create socket fail\r\n");return -1;}if(0 > connect(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, sizeof(cli_addr))){SaveLog(MODULE_TCPCLIENT, "ERROR:connect server failed\r\n");return -1;}SaveLog(MODULE_TCPCLIENT, "INFO:connect server success\r\n");return sockfd;
}VOID PackMsgHead(TCP_MSG_TYPE_E eMsgType, ULONG ulMsgLen, CHAR *pcOutBuf)
{if(NULL == pcOutBuf){SaveLog(MODULE_TCPCLIENT, "Buf is null");return;}TCP_MSG_HEAD_S stTcpMsgHead;memset(&stTcpMsgHead, 0, sizeof(stTcpMsgHead));stTcpMsgHead.eMsgType = eMsgType;stTcpMsgHead.ulMsgLen = ulMsgLen;memcpy(pcOutBuf, (CHAR *)&stTcpMsgHead, sizeof(stTcpMsgHead));
}

日志功能

/* log.c */
#include "log.h"VOID LogWright(CHAR *pcModule, CHAR *pcFile, CHAR *pcFunc, INT iLine, CONST CHAR *pcFormat, ...)
{va_list argList = {0};CHAR szLogTemp[MAX_LOG_SIZE] = {0};CHAR szLogHeader[256] = {0};CHAR szFileName[64] = {0};FILE *fpLogFile;CHAR szTime[64] = {0};INT iRes = 0;struct tm *stNowTime;time_t nowTime;time(&nowTime);stNowTime = localtime(&nowTime);sprintf(szFileName, "../log/%04d%02d%02d%s.log", stNowTime->tm_year + 1900, stNowTime->tm_mon + 1, stNowTime->tm_mday, pcModule);sprintf(szTime, "%d-%d-%d %d:%d:%d", stNowTime->tm_year + 1900, stNowTime->tm_mon + 1, stNowTime->tm_mday, stNowTime->tm_hour, stNowTime->tm_min, stNowTime->tm_sec);va_start(argList, pcFormat);    vsnprintf(szLogTemp, MAX_LOG_SIZE, pcFormat, argList);va_end(argList);snprintf(szLogHeader, sizeof(szLogHeader), "[%s]  [FILE: %s]  [FUNC: %s]  [LINE: %d] ------ ", szTime, pcFile, pcFunc, iLine);fpLogFile = fopen(szFileName, "a+");if(NULL == fpLogFile){printf("FILE:tcp_client_log.c LINE:%d fopen %s error!\r\n", __LINE__, szFileName);return;}fwrite(szLogHeader, 1, strlen(szLogHeader), fpLogFile);fwrite(szLogTemp, 1, strlen(szLogTemp), fpLogFile);fclose(fpLogFile);
}

/* log.h */
#ifndef _LOG_H_
#define _LOG_H_#include "../../common/common.h"#define MAX_LOG_SIZE    4096#define MODULE_TCPSERVER    "tcp_server"
#define MODULE_TCPCLIENT    "tcp_client"#define SaveLog(module, format, ...)\
{\LogWright((CHAR *)module, (CHAR *)__FILE__, (CHAR *)__FUNCTION__, (INT)__LINE__, format, ##__VA_ARGS__);\
}extern VOID LogWright(CHAR *pcModule, CHAR *pcFile, CHAR *pcFunc, INT iLine, CONST CHAR *pcFormat, ...);#endif

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