手把手写C++服务器(15)：网络编程入门第一个TCP项目

Posted 2021-08-14 沉迷单车的追风少年

前言：前面一篇博客讲述了第一个UDP项目，这篇博客来讲一讲TCP。TCP建立容易，销毁困难；TCP接收容易，发送困难。我们都知道TCP是一个可靠的协议，但是真的不会丢包吗？如何安全地关闭TCP连接？什么时候关闭TCP连接？长时间不关闭会有怎样的后果？

目录

TCP三次握手-四次挥手过程

三次握手：

四次挥手：

代码架构

正确关闭TCP连接

源代码

参考

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TCP三次握手-四次挥手过程

这是一道开发工程师面试必会的题目。

三次握手：

第一次握手：客户端发送syn包(syn=x)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。

四次挥手：

与建立连接的“三次握手”类似，断开一个TCP连接则需要“四次握手”。
第一次挥手：主动关闭方发送一个FIN，用来关闭主动方到被动关闭方的数据传送，也就是主动关闭方告诉被动关闭方：我已经不 会再给你发数据了(当然，在fin包之前发送出去的数据，如果没有收到对应的ack确认报文，主动关闭方依然会重发这些数据)，但是，此时主动关闭方还可 以接受数据。
第二次挥手：被动关闭方收到FIN包后，发送一个ACK给对方，确认序号为收到序号+1（与SYN相同，一个FIN占用一个序号）。
第三次挥手：被动关闭方发送一个FIN，用来关闭被动关闭方到主动关闭方的数据传送，也就是告诉主动关闭方，我的数据也发送完了，不会再给你发数据了。
第四次挥手：主动关闭方收到FIN后，发送一个ACK给被动关闭方，确认序号为收到序号+1，至此，完成四次挥手。

代码架构

主要用基于TCP来实现一个简易的netcat功能。netcat被誉为是linux网络工具中的瑞士军刀，通过TCP和UDP在网络中读写数据，在两台电脑之间建立链接并返回两个数据流。

所以我们要做的事情就是：基于TCP建立两台机器之间的链接，传输数据流。这里数据流用传输文件来替代。

 核心有两处：

1、基于socket的编程

2、正确关闭TCP连接的方法

正确关闭TCP连接

1、发送后直接关闭是错误的，会造成发送数据不完整，最后大约会缺少几十KB的数据。

2、正确的做法：发送端发送完成后，接收端read()关闭返回0，确认没有数据发送后，接收端先关闭；告诉发送端已经完成，这时候发送端read()关闭返回0

3、这样做的核心思想和TCP关闭的过程差不多，在接收端关闭时候为了安全起见，加上超时处理，防止因为一方异常退出后造成另一方长期等待的现象。

4、这里我们并不知道文件的大小，所以开了一个定长数组。可以用前面所讲的柔型数组解决这一问题。

源代码

核心socket操作都封装在前几讲当中，这里按照正确关闭的逻辑继续操作即可。来自于muduo。

void sender(const char* filename, TcpStreamPtr stream)
{
  FILE* fp = fopen(filename, "rb");
  if (!fp) {
    printf("file open error!");
    return;
  }

  printf("Sleeping 10 seconds.\\n");
  sleep(10);

  printf("Start sending file %s\\n", filename);
  char buf[8192];
  size_t nr = 0;
  while ( (nr = fread(buf, 1, sizeof buf, fp)) > 0)
  {
    stream->sendAll(buf, nr);
  }
  fclose(fp);
  printf("Finish sending file %s\\n", filename);

  // Safe close connection
  printf("Shutdown write and read until EOF\\n");
  stream->shutdownWrite();
  while ( (nr = stream->receiveSome(buf, sizeof buf)) > 0)
  {
    // do nothing
  }
  printf("All done.\\n");

  // TcpStream destructs here, close the TCP socket.
}

实验过程

接收端用nc操作，发送端用刚才的代码，可以直接看下面博客：

https://blog.csdn.net/MonroeD/article/details/71258893

参考

• 《Linux高性能服务器编程》
• 《linux多线程服务端编程》
• https://blog.csdn.net/MonroeD/article/details/71258893
• https://blog.csdn.net/qq_41895747/article/details/104699853
• https://www.cnblogs.com/ikaka/p/5197316.html