【Socket网络通信 | TCP协议分析】

2023-12-12 17:43:28

Socket网络通信

第二章初始协议内容

Socket网络通信
前言
- 1、接口（套接字）是什么？
一、TCP协议
二、程序示例
- 1.创建一个或N个Socket

前言

1、接口（套接字）是什么？

套接字是一个由主机本地应用程序所建立，被操作系统所控制的一个接口；应用程序可以依靠这个接口，使用传输层所提供的服务，从而实现跨网络发送给其他应用进程（从其他应用进程中接收消息）

常见最多的例程一般就是用Socket建立一个服务端，一个客户端，而操作系统想要实现两个程序之间的通信，是通过操控中间介质，也就是我们的套接字，来实现的。

LINUX系统下，一切的操作都是文件，而我们程序猿操作的也仍然是中间介质，就是文件描述符，这对于套接字就比较好类比了。

一、TCP协议

1.TCP协议特点

TCP是面向连接的，在传输开始时，是需要先建立连接，三次握手后，才开始传输数据；和UDP协议不同，能直接传递。

TCP提供可靠性，能实现丢失重传。实际上，网络传输上，比如在网线通信过程中，所受的干扰，或者网卡性能上，来不及接收等等可能，物理层上都有可能造成通信失败；TCP每个通信包都加了协议在其中，就支持丢失重传，但不代表着一直丢失就一直重传，也会存在丢包的情况。但基于整个通信而言，它是相对稳妥的。

如果数据包过长的时候，它会被切割成多个数据包进行传输。单对单进行通信的时候，按次序就行收发，基本不存在问题；但网络上不同，经过多个路由器、交换机等等，这些期间数据的传输序列都会发生变化，在监听包的时候，就可以发现经过多个这些中转设备时，虽然数据包1先发出，数据包2后发出，但如果传输路径数据包2比数据包1要短的话，数据包2有可能就先到达目标设备了，就有可能造成数据先后顺序对不上了。这时，TCP本身提供的序列号就给每个包，在建立3次握手连接后，提供顺序的序号就行排列，由底层按照这个序列号，排序好再发送给目标设备

TCP还提供流量控制，限定客户端以多快的速度来接收数据

TCP的连接是全双工的（举例：千兆网卡有一组接口里有两根发送线两根接收线，发送和接收同时进行，互不干扰）

2.TCP协议头

通过捉包工具，其实可以分析出来，我们的数据包内容其实分为以上的部分。

在上一章中讲到了，TCP层是基于端口号的，有源端口和目的端口。
序号：是确保数据包按顺序发送，在三次握手以后进行排序
确认号：在三次握手时用到
数据偏移：除了上方20个固定字节大小的首部以外（下方还有一个长度可变的选项）致使整个TCP协议头大小可变，真实数据位置就需要进行一定的偏移
（和UDP协议不同，UDP协议头固定，用比较机械的固定大小解包方式便能获得用户数据）
6 bit 协议类型：在建立三次握手时，需要告诉对方，当前的数据包是什么类型的，对方收到信息给予的回包也要标注确认包的数据包类型，通过标志位来标识数据包类型
窗口：实现排序实现数据可靠性的主要内容
检验和：收发数据做的校验（类似sum校验），发生错误的概率相对较小
紧急指针：指向紧急数据的最后一个字节的位置，表示这个包目前有紧急数据，控制流量会等对方全部接收完后才会发送下一次的数据；但紧急数据只要你确定这是个紧急情况，会把这些数据优先发过去（应用不是特别多）

3.窗口分析

发送方和接收方都会存在独立的窗口

发送方会确认它内部的数据什么时候才需要前移（等数据都发完的时候、超时）；接收方会确认它内部的数据什么时候才需要往后移（等数据都接收完的时候）；窗口往下移的时候便可以接收新的数据；

窗口基本上就是一个缓存的大小，发送数据和读取数据都不是调用接口后就立即能发送或者接收，都是会排到窗口队列中，等待窗口进行发送；接收也同样的道理，需要等窗口数据处理完后（做好排序后）才能被用户读到

所以说是实现数据可靠性的主要部分

二、程序示例

1.创建一个或N个Socket

这里使用的是 DEV C++ 的编辑编译环境，需要配置一下编译链接内容“工具”–>“编译选项”，
在“编译器”–>“编译时加入以下指令”键入

-lwsock32

因为在WINDOWS下需要引用库才能使用其中的API接口

#include <windows.h>
#include <stdio.h>


int main(int argc,char* argv[])
{
	int i;

	//1、初始化动态链接库 
	WSADATA ws;//定义一个结构体对象 
	/*
	MAKEWORD定义版本号，把结构体传过去，把对动态库的引用+1 ;
	Windows下对动态库的引用不会反复添加，当所有程序都退出这个库的时候，才会从内存卸载 
	*/
	WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&ws);//不调用的话，会导致Socket失败 

	//4、 为了演示资源数量，循环创建一下Socket  
	for(i=0;i<2000;i++)
	{
		//2、创建 Socket 套接字 
		//AF_INET是属于TCP/IP的网络通信协议，用户还可以使用其他的一些诸如蓝牙之类的协议 ；传输层是TCP Or UDP ；最后一个参数在做原始套接字的时候可能会用到 
		int sock = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); 
		
		//对于Socket通信的步骤，每一步都必须判断是否成功，成功的判断标准就是返回值是否<0
		if(sock == -1)
		{
			//Windows一般资源耗尽才会创建失败，一般很难失败；但Linux上的每个任务分配的（句柄数量）都是有限的 ~ 默认1024个 
			printf("Create Socket Failed !\r\n");
			return -1;		
		} 
		printf("[%d]",sock);
		//3 Or 5、打印后关闭掉 Socket 或者 循环创建时，不关闭 
		closesocket(sock); //会发现，如果循环创建时，原资源没关闭时则一直被占用，没有释放，所以只能使用新资源去创建 (Linux 系统下单个进程对于文件句柄资源有限则，所以会出现创建失败)
		//Linux Console: ulimit -n #查询单进程最大限制资源数  ulimit -n 3000 可以把最大限制资源数设置到 3000 
	} 
	return 0;
}

上面的程序为了演示一下，在Windows环境下，对于Socket函数的创建，以及查看能最大申请的资源

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