TCP三次握手、四次揮手+多線程并發處理

一、三次握手建立連接

1.1 標記位

1.2 三次握手的過程

二、四次揮手斷開連接

?三、模擬服務器和客戶端收發數據

四、多線程并發處理

五、TCP粘包問題

5.1 什么是TCP粘包？

5.2 TCP粘包會有什么問題？

5.3 TCP粘包的解決方法？

一、三次握手建立連接

1.1 標記位

????????SYN：用于建立連接的初始握手。發送方發送一個SYN報文段給接收方，請求建立連接。

????????ACK：用于確認數據的傳輸。當成功接收到數據后，接收方發送一個帶有ACK標記的報文段回復發送方，確認已經收到了數據。

????????FIN：用于關閉連接。當發送方發送完所有數據后，會發送一個帶有FIN標記的報文段，請求關閉連接。接收方在收到FIN報文段后，發送一個帶有ACK標記的報文段進行確認，并使用一個定時器在一段時間后關閉連接。

1.2 三次握手的過程

三次握手是TCP協議中用于建立連接的過程，具體步驟如下：

客戶端向服務器發送一個SYN（同步）的數據包，表示客戶端請求建立連接。該數據包中還包含客戶端隨機生成的初始序列號（Sequence Number，seq），比如 seq = x。
服務器收到客戶端發送的SYN數據包后，向客戶端發送一個ACK（確認）和SYN的組合數據包，服務器將自己的初始序列號（seq = y）發送給客戶端，同時將客戶端的序列號加 1 作為確認號（Acknowledgment Number，ack = x + 1），表示服務器同意建立連接，并向客戶端發送確認信息。
客戶端收到服務器發送的ACK和SYN的數據包后，向服務器發送一個ACK確認數據包，該包的確認號為服務器的序列號加 1（ack = y + 1），而序列號為客戶端在第一次握手中發送的序列號加 1（seq = x + 1），表示客戶端也同意建立連接。

經過以上三個步驟，客戶端和服務器就成功建立了連接，可以開始進行數據傳輸。這個過程就是TCP協議中三次握手的過程。

圖解如下：

二、四次揮手斷開連接

四次揮手是TCP協議中用于關閉連接的過程，具體步驟如下：

第一次揮手：當客戶端確定自己已經沒有數據要發送時，向服務器發送一個FIN（結束）數據包，其中包含自己的序列號（seq = u），表示客戶端關閉數據傳輸。
第二次揮手：服務器接收到客戶端發送的FIN后，向客戶端發送一個ACK確認數據包，確認號為客戶端的序列號加 1（ack = u + 1），表示服務器收到了關閉請求。此時，服務器可能還有數據需要繼續發送，所以連接不會立即關閉，而是進入半關閉狀態。
第三次揮手：當服務器確定自己沒有數據要發送時，向客戶端發送一個FIN數據包，其中包含自己的序列號（seq = v），表示服務器也準備關閉連接。
第四次揮手：客戶端接收到服務器發送的FIN后，向服務器發送一個ACK確認數據包，確認號為服務器的序列號加 1（ack = v + 1），序列號為之前發送 FIN 包時的序列號加 1（seq = u + 1），表示客戶端收到了關閉請求，連接正式關閉。

通過以上四個步驟，客戶端和服務器完成了關閉連接的過程。值得注意的是，四次揮手中的每一次揮手都需要對方發送確認，確保雙方都能安全地關閉連接。

圖解如下：

那么，揮手能不能是3次呢？答案是可以的，第二次揮手和第三次揮手是可以合并在一起的。

?三、模擬服務器和客戶端收發數據

服務器ser

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>int socket_init();int main()
{int sockfd=socket_init();if(sockfd==-1){exit(1);}while(1){struct sockaddr_in caddr;//記錄客戶端地址ip，portint len=sizeof(caddr);int c=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,&len);//caddr存放客戶端ip，port，可能會阻塞if(c<0){continue;}printf("accept c=%d\n",c);while(1){char buff[128]={0};int n=recv(c,buff,127,0);//有可能阻塞,如果返回-1則失敗，是0則對方關閉了if(n<=0){break;}printf("recv:%s\n",buff);send(c,"ok",2,0);//write(c,"ok",2);}close(c);printf("cilent close\n");}
}
int socket_init()
{int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//TCP，創建套接字if(sockfd==-1){return -1;}struct sockaddr_in saddr;//ipv4地址族，對應套接字的地址memset(&saddr,0,sizeof(saddr));saddr.sin_family=AF_INET;saddr.sin_port=htons(6000);saddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");int res=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));//綁定ip，port，指定if(res==-1){printf("bind err\n");return -1;}res=listen(sockfd,5);//創建監聽隊列if(res==-1){return -1;}return sockfd;
}

先調用socket_init()函數初始化服務器端的套接字，綁定IP和端口，并開始監聽連接請求。
不斷循環accept()函數接受客戶端的連接請求，一旦有客戶端連接則創建一個新的套接字來處理與客戶端的通信。
在客戶端連接成功后，進入一個無限循環，不斷接收客戶端發送的消息，并打印消息內容。
如果接收到的消息長度小于等于0，則說明客戶端關閉了連接，跳出循環，關閉與客戶端的連接。
如果收到消息，則回復客戶端消息為"ok"，繼續接受下一條消息。

客戶端cil

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>int main()
{int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sockfd==-1){exit(1);}struct sockaddr_in saddr;//服務器的地址memset(&saddr,0,sizeof(saddr));saddr.sin_family=AF_INET;saddr.sin_port=htons(6000);saddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");int res=connect(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));//發起連接，三次握手if(res==-1){printf("connet err\n");exit(1);}while(1){printf("input:\n");char buff[128]={0};fgets(buff,128,stdin);if(strncmp(buff,"end",3)==0){break;}send(sockfd,buff,strlen(buff)-1,0);memset(buff,0,128);recv(sockfd,buff,127,0);printf("buff=%s\n",buff);}close(sockfd);exit(0);
}

創建了一個套接字socket，并指定為AF_INET和SOCK_STREAM，表示使用IPv4和TCP協議。
初始化服務器的地址saddr，包括IP地址為"127.0.0.1"、端口號為6000等信息。
調用connect()函數連接到服務器端，進行三次握手建立連接。
進入一個循環，不斷接收用戶輸入的消息，將消息發送給服務器，并接收服務器的回復。
如果用戶輸入為"end"，則跳出循環，關閉套接字，結束程序。

運行結果：

那么send后會直接將數據發送出去嗎？答案不然，會將數據先發送到發送緩沖區，然后將數據發給接收緩沖區，最后才會接收到數據。

我們來驗證一下：

?把ser.c中的int n = recv(c,buff,127,0)改為int n = recv(c,buff,1,0)，執行后結果：

每輸一個應該輸出五個ok，但此時只輸出一個ok，剩下四個ok在recv的緩沖區中，4個ok八個字符所以緩沖區有8個字符。

通過netstat -natp 命令可以顯示

再輸入一個a，輸出四個ok

此時緩沖區中有一個ok，2個字符

TCP字節流服務

四、多線程并發處理

服務器ser

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<pthread.h>int socket_init();
void* fun(void* arg)
{int* p=(int*)arg;int c=*p;free(p);while(1){char buff[128]={0};int n=recv(c,buff,127,0);//有可能阻塞,如果返回-1則失敗，是0則對方關閉了if(n<=0){break;}printf("recv:%s\n",buff);send(c,"ok",2,0);//write(c,"ok",2);}close(c);printf("cilent close\n");
}
int main()
{int sockfd=socket_init();if(sockfd==-1){exit(1);}while(1){struct sockaddr_in caddr;//記錄客戶端地址ip，portint len=sizeof(caddr);int c=accept(sockfd,(struct sockaddr*)&caddr,&len);//caddr存放客戶端ip，port，可能會阻塞if(c<0){continue;}printf("accept c=%d\n",c);int* p=(int*)malloc(sizeof(int));if(p==NULL){close(c);continue;}*p=c;pthread_t id;pthread_create(&id,NULL,fun,(void*)p);}
}
int socket_init()
{int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//TCP，創建套接字if(sockfd==-1){return -1;}struct sockaddr_in saddr;//ipv4地址族，對應套接字的地址memset(&saddr,0,sizeof(saddr));saddr.sin_family=AF_INET;saddr.sin_port=htons(6000);saddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");int res=bind(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));//綁定ip，port，指定if(res==-1){printf("bind err\n");return -1;}res=listen(sockfd,5);//創建監聽隊列if(res==-1){return -1;}return sockfd;
}

客戶端cil

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<unistd.h>
#include<sys/socket.h>
#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>int main()
{int sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sockfd==-1){exit(1);}struct sockaddr_in saddr;//服務器的地址memset(&saddr,0,sizeof(saddr));saddr.sin_family=AF_INET;saddr.sin_port=htons(6000);saddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");int res=connect(sockfd,(struct sockaddr*)&saddr,sizeof(saddr));//發起連接，三次握手if(res==-1){printf("connet err\n");exit(1);}while(1){printf("input:\n");char buff[128]={0};fgets(buff,128,stdin);if(strncmp(buff,"end",3)==0){break;}send(sockfd,buff,strlen(buff)-1,0);memset(buff,0,128);recv(sockfd,buff,127,0);printf("buff=%s\n",buff);}close(sockfd);exit(0);
}

?運行結果：