網(wǎng)絡(luò)編程與TCP/IP協(xié)議

一、網(wǎng)絡(luò)分層模型

1. OSI七層模型（理論模型）

2. TCP/IP模型（實際應(yīng)用）

網(wǎng)絡(luò)連接要素：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 + 傳輸介質(zhì)

二、TCP協(xié)議詳解

TCP三大核心特點

1. 面向連接：通信前必須經(jīng)過"三次握手"，結(jié)束后必須經(jīng)過"四次揮手"
2. 可靠傳輸：基于序號確認(rèn)、超時重傳、流量控制機制
3. 面向字節(jié)流：不保留邊界信息，將數(shù)據(jù)切分成TCP段

關(guān)鍵機制

三次握手（建立連接）

1. 客戶端發(fā)送SYN請求連接
2. 服務(wù)器回復(fù)SYN+ACK確認(rèn)
3. 客戶端發(fā)送ACK應(yīng)答，連接建立完成

四次揮手（斷開連接）

1. 主動方發(fā)送FIN請求關(guān)閉
2. 被動方回ACK確認(rèn)收到
3. 被動方發(fā)送FIN請求關(guān)閉
4. 主動方回復(fù)ACK，連接關(guān)閉

三、TCP編程相關(guān)結(jié)構(gòu)體

sockaddr_in結(jié)構(gòu)

struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family;    // 地址族
    in_port_t sin_port;        // 端口號（網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序/大端）
    struct in_addr sin_addr;   // IPv4地址（網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序/大端）
};

struct in_addr {
    uint32_t s_addr;           // IPv4地址
};

字節(jié)序說明

• 主機字節(jié)序：根據(jù)不同CPU架構(gòu)，存儲多字節(jié)的方式不同
• 網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序：統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，采用大端序，保證不同計算機通信

四、TCP服務(wù)器編程流程

1. 創(chuàng)建套接字

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

2. 綁定地址

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
// addrlen: 結(jié)構(gòu)體大小，通常使用sizeof獲取

3. 監(jiān)聽連接

int listen(int sockfd, int backlog);
// backlog: 連接請求隊列的最大長度

作用：將未連接的套接字轉(zhuǎn)換為被動套接字，監(jiān)聽客戶端連接請求

4. 接受連接

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

返回值：成功返回新的套接字文件描述符，失敗返回-1
作用：從等待隊列中取出第一個連接請求，創(chuàng)建新套接字與客戶端連接

套接字類型說明

• 監(jiān)聽套接字：

  • 由socket()創(chuàng)建，bind()綁定，listen()監(jiān)聽
  • 被動角色，只接受連接請求
  • 生命周期：整個服務(wù)器程序執(zhí)行時間

• 連接套接字：

  • 由accept()返回創(chuàng)建
  • 主動角色，專門與特定客戶端通信
  • 生命周期：與客戶端連接結(jié)束后關(guān)閉

5. 數(shù)據(jù)接收

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

返回值：

• >0：實際接收的字節(jié)數(shù)
• =0：連接已關(guān)閉
• =-1：失敗

6. 數(shù)據(jù)發(fā)送

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);

7. 關(guān)閉連接

int close(int fd);

五、TCP客戶端編程

連接服務(wù)器

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

返回值：

• 0：連接已建立
• -1：連接失敗

作用：主動向服務(wù)器發(fā)起連接請求，自動觸發(fā)三次握手

六、協(xié)議對比