【QT学习】11.TCP协议

一。【window为例】TCP协议的解释（记忆方法）

物理结构（自己理解）

1.服务器端

服务器端：        

        首先使用套接字函数创建 套接字 （Socket），并使用 绑定 函数绑定到本地地址（bind）。 使用 listen 指定传入连接的积压工作（listen），然后使用 accept 函数接受连接（accept）。最后接收数据（recv）。

1.创建套接字socket().（确定协议）
int socket( int af, int type, int protocol);

        af:协议族。支持AF_INET格式（ipv4）和AF_INET6格式（ipv6）

        type：指定socket类型。如TCP（SOCK_STREAM）和UDP（SOCK_DGRAM）

        rotocol：就是指定协议，如调用者不想指定，可用0。常用的协议有，IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP。

        返回值：若无错误发生，socket()返回引用套接字的描述字。否则的话，返回INVALID_SOCKET错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

2. 绑定bind() ：（确定具体ip与端口）
        服务器必须在一个已知的名称（ip地址、端口）监听，属于显性绑定。客户端不需要调用bind绑定端口，而是由内核自定选择临时端口，属于隐性绑定。

        int PASCAL FAR bind( SOCKET sockaddr, const struct sockaddr FAR* my_addr,int addrlen);

        sockaddr表示已经建立的socket编号（描述符）；

        FAR是一个指向sockaddr结构体类型的指针；

        addrlen表示my_addr结构的长度，可以用sizeof操作符获得。

        ip地址使用的是网络字节顺序，所以需要调用htons、htonl 函数主机把ip地址和端口的主机字节序转换网络字节序。对服务器而言 对于IPv4来说，通配地址通常由INADDR_ANY来指定，其值一般为0。它告知内核去选择IP地址。

        如无错误发生，则bind()返回0。否则的话，将返回-1。

        如果tcp服务器没有把ip地址捆绑到套接字上，内核就把客户端发送的syn的目的ip地址作为服务器的源ip地址。服务器可以通过getsockname函数获取该地址。

        在bind函数调用的sockaddr 类型指针，可以直接用前面的sockaddr_in变量转换替换。

iPv4通配地址由INADDR_ANY指定，如果端口号为0表示由内核选择一个临时端口。

        套接字分为UDP套接字和TCP套接字，对于前者，其由(ip地址，端口号)来标识，后者由（源ip，源端口号，目的ip，目的端口号）标识。

        tcp:如多个不同的客户端连接服务端，会产生多个套接字，这些套接字实际上是共用了相同的服务端端口号，但源ip地址不一样。

        疑问：如果是多个套接字，或者是多个进程应用绑定在同一ip,端口上，会怎样？tcp、udp都可以吗？

        默认的情况下，如果一个套接字 绑定了一个端口，这时候，别的套接字就无法使用这个端口。但是端口复用允许在一个应用程序可以把 n 个套接字绑在一个端口上而不出错。

3.监听 listen（激活套接字）
int listen( int sockfd, int backlog);

sockfd：用于标识一个已捆绑未连接套接口的描述字。

backlog：等待连接队列的最大长度。

如无错误发生，listen()返回0。否则的话，返回-1，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

该函数应该在socket和bind函数之后，accept函数之前。套接字会从closed状态转换到listen状态。

4.接受连接 accept （三次握手成功）
SOCKET accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

默认是阻塞函数

sockfd：套接字描述符，该套接口在listen()后监听连接。

addr：（可选）指针，指向一缓冲区，其中接收为通讯层所知的连接实体的地址（即客户端的地址）。Addr参数的实际格式由套接口创建时所产生的地址族确定。

addrlen：（可选）指针，输入参数，配合addr一起使用，指向存有addr地址长度的整型数。

返回值：如果没有错误产生，则accept()返回一个描述所接受包的SOCKET类型的值。否则的话，返回INVALID_SOCKET错误，应用程序可通过调用WSAGetLastError()来获得特定的错误代码

参数的sockaddr 类型指针，可以直接用前面的sockaddr_in变量转换替换。该地址变量是输出参数，表示的是客户端的地址。

同时返回新的套接字，用于传输数据用。原来的套接字继续用来监听。这时候，注意3次握手的过程，还要考虑是否是阻塞，同步的状态。默认是阻塞。

accept（）函数成功返回时，完成了关联的建立，即3次握手成功结束。

检测到达的连接请求：accept（）函数调用成功，或者是select()函数指示监听socket上有可写数据。

5.接收数据 recv()函数
默认是阻塞函数

buf缓冲区的类型都是char   最后一个变量flag 一般是0 在tcp中，要注意缓冲区不够，导致要么重发要么重收。所有要判断返回值。

int recv( _In_ SOCKET s, _Out_ char *buf, _In_ int len, _In_ int flags);

返回值：

若无错误发生，recv()返回读入的字节数。如果连接已中止，返回0。否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

6.发送数据send() 函数
int send( SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags );

若无错误发生，send()返回所发送数据的总数（请注意这个数字可能小于len中所规定的大小，该值应该不可以为0）。否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

7.shutdown 
只适合在tcp上，udp这函数没有意义。值关闭连接，不释放socket资源。

shutdown会切断进程共享的套接字的所有连接，不管这个套接字的引用计数是否为零

SHUT_RD：关闭连接的读端

SHUT_WR：关闭连接的写端

SHUT_RDWR：连接的读端和写端都关闭。 这与调用shutdown两次等效。第一次调用指定SHUT_RD,第二次调用指定SHUT_WR

8.关闭closesocket （）（四次挥手）
4次握手，该函数默认是非阻塞函数。只有对一个阻塞socket,并且调用setsockopt设置了非0的超时值来使能SO_DONTLINGER。它才是阻塞的。

int PASCAL FAR closesocket( SOCKET s);

如无错误发生，则closesocket()返回0。否则的话，返回SOCKET_ERROR错误，应用程序可通过WSAGetLastError()获取相应错误代码。

在linux中关闭套接字使用的函数是close().

close把描述符的引用计数减1，仅在该计数为0时才关闭套接字，如果有其他的进程共享着这个套接字，那么它仍然是打开的，这个连接仍然可以用来读和写。

close终止读写两个方向的数据传输。

可以通过setsockopt函数设置SO_DONTLINGER  、SO_LINGER选项。

二。客户端

1创建套接字socket()

2.连接connect()函数（地址簇name要连接套接字s<服务器套接字>）
int connect(SOCKET s, const struct sockaddr * name, int namelen);

s：标识一个未连接socket

name：指向要连接套接字的sockaddr 结构体的指针

namelen：sockaddr结构体的字节长度

返回值：成功则返回0, 失败返回-1.

成功后，套接字的状态从closed->syn_sent ->established.

注意阻塞函数，握手3步.connect函数由系统决定超时时间，一般是75s.

失败的多种原因：

        1.具体流程是：发送一个syn，若无响应的等待几秒再发送一个，连续好几次，等到75s仍不响应。

        在windows 则返回SOCKET_ERROR（也即-1）.调用WSAGetLastError（），返回出错码是WSAETIMEDOUT。

        在linux 则返回-1.通过全局变量errno，返回出错码是ETIMEDOUT。

        2.若对客户端返回的是RST,表明在服务器主机指定的端口没有进程在等待与之连接。

出错代码是WSAECONNREFUSED（windows）,ECONNREFUSED(linux)。

        3.中间某个路由引发icmp错误。按照1方式联系75s发送syn包，错误码是： WSAENETUNREACH

        所以需要把套接字改成非阻塞模式、并且使用select函数，自定义超时时间。可参考下面的做法。

        调用的sockaddr 类型指针，可以直接用前面的sockaddr_in变量转换替换。需要知道服务端的ip地址和端口。

        注意：客户端没必要调用bind进行绑定命名，主要原因是：

        如果没事前调用bind()函数，connect（）函数会隐式对本地socket命名，并且是任取一个端口，避免端口冲突。

        同时，如果同时运行多个客户端，给套接字指定端口容易导致端口冲突。

        如果调用connect失败，推荐先调用closesocket()和socket()获取一下新的socket。

补充：

TCP协议中，接收方成功接收到数据后，会回复一个ACK数据包，表示已经确认接收到ACK确认号前面的所有数据。

发送方在一定时间内没有收到服务端的ACK确认包后，就会重新发送TCP数据包。

接收方在接收到数据后，不是立即会给发送方发送ACK的。这可能由以下原因导致：
1、收到数据包的序号前面还有需要接收的数据包。因为发送方发送数据时，并不是需要等上次发送数据被Ack就可以继续发送TCP包，而这些TCP数据包达到的顺序是不保证的，这样接收方可能先接收到后发送的TCP包（注意提交给应用层时是保证顺序的）。
2、为了降低网络流量，ACK有延迟确认机制。
3、ACK的值到达最大值后，又会从0开始。

接收方在收到数据后，并不会立即回复ACK,而是延迟一定时间。一般ACK延迟发送的时间为200ms，但这个200ms并非收到数据后需要延迟的时间。系统有一个固定的定时器每隔200ms会来检查是否需要发送ACK包。这样做有两个目的。
1、这样做的目的是ACK是可以合并的，也就是指如果连续收到两个TCP包，并不一定需要ACK两次，只要回复最终的ACK就可以了，可以降低网络流量。
2、如果接收方有数据要发送，那么就会在发送数据的TCP数据包里，带上ACK信息。这样做，可以避免大量的ACK以一个单独的TCP包发送，减少了网络流量。
 

MSS 是在建立连接时通过SYN数据包中的MSS选项里进行协商的（以太网的MTU能到1500，所以MSS可以为1460），如果没有协商，默认为536，MSS是数据净负荷，协议保证最小支持536（加上TCP和IP的头部后packet为576）

TCP中在发送的数据的ACK未回来前，能继续发送其他数据包吗

能不能发，取决于下面的条件是否满足：

1. 如果包长度达到MSS，则再根据CWND、AWND来做决定；
2. 如果该包含有FIN，则允许发送；
3. 如果没达到MSS且不包含FIN：
  
3.1. 设置了TCP_NODELAY选项，则允许发送；
3.2. 没设置TCP_NODELAY, 未设置TCP_CORK选项时，若所有发出去的小数据包（包长度小于MSS）均被确认，则允许发送（nagel算法起作用）；设置了TCP_CORK选项时，需要包长度到MSS。

int on = 1;
setsockopt(fd,SOL_TCP,TCP_CORK,&on,sizeof(on));
4. 上述条件都未满足，但发生了超时（一般为200ms），则立即发送
————————————————

版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。                        
原文链接：https://blog.csdn.net/baidu_16370559/article/details/104646624

二。QT的TCP连接（基于事件（异常，中断）处理）

服务器

  1. 创建QTcpServer对象  (相当于windows的第一步)
  2. 监听   (相当于windows的二三四步)

QTcpServer类的listen函数

  1. 等待客户端连接
    1. QTcpServer类的newConnection信号
    2. QTcpServer类的nextPendingConnection函数返回客户端QTcpSocket

    通信

    1. 接受数据：   QTcpSocket   的 readyRead 信号

                                       QTcpSocket   的 read函数

    1. 发送数据：   QTcpSocket   的 write函数

客户端

  1. 创建QTcpSocket对象  (拿到服务器的ip地址和端口号,方式：自己写入)
  2. QTcpSocket类的connectToHost 函数连接服务器

通过QTcpSocket类的connected信号知道已经连接到服务器了

  1. 通信

接受数据：QTcpSocket   的 readyRead 信号

                  QTcpSocket   的 read函数

发送数据：QTcpSocket   的 write函数

2.使用QT写一个TCP客户端与TCP服务器端

1.TCP服务器端

页面制作：

1.服务器端类

private slots:void on_pushButtonSend_clicked();void on_pushButtonClose_clicked();private:Ui::Widget *ui;//服务器socket套接字QTcpServer* pTcpServer;//服务器这边代表 客户端的socket套接字QTcpSocket* pTcpSocket;
};

2.服务器实现

Widget::Widget(QWidget *parent): QWidget(parent), ui(new Ui::Widget)
{ui->setupUi(this);this->setWindowTitle("服务器端 端口9527");//创建QTcpServer对象pTcpServer=new QTcpServer(this);//指定父对象，自动回收pTcpSocket=NULL;//监听pTcpServer->listen(QHostAddress::Any,9527);//连接//客户端连接服务器--》触发(服务器端)NewConnection信号--》触发（客户端）connected信号connect(pTcpServer,&QTcpServer::newConnection,[=](){//获取客户端的socketpTcpSocket=pTcpServer->nextPendingConnection();//获取客户端端口与ipQString ipStr=pTcpSocket->peerAddress().toString();quint16 portUint=pTcpSocket->peerPort();//显示端口与ipQString buff=QString("客户端连接服务器成功：ip：%1，port：%2").arg(ipStr).arg(portUint);ui->textEditRecv->setText(buff);//只有客户端连接上服务器后，才会有此监听//触发服务器端接受数据connect(pTcpSocket,&QTcpSocket::readyRead,[=](){QByteArray data=pTcpSocket->readAll();ui->textEditRecv->append(data);});});
}

void Widget::on_pushButtonSend_clicked()
{if(pTcpSocket){QString str=ui->textEditSend->toPlainText();//向客户端的套接字写数据strpTcpSocket->write(str.toUtf8().data());}
}void Widget::on_pushButtonClose_clicked()
{if(pTcpSocket){pTcpSocket->disconnectFromHost();//断开网络连接pTcpSocket->close();}
}

2.TCP客户端

页面制作：

1.创建一个新的页面

2.页面为

3.main中添加页面，并展示

4.结果：

1.客户端类

2.客户端实现

Form::Form(QWidget *parent) :QWidget(parent),ui(new Ui::Form)
{ui->setupUi(this);this->setWindowTitle("客户端");//创建socketpTcpSocket = new QTcpSocket(this);//连接服务器connect(pTcpSocket,&QTcpSocket::connected,[=](){ui->textEditRecv->setText("连接服务器成功");});//放在连接服务器内外是不是都可以？connect(pTcpSocket,&QTcpSocket::readyRead,[=](){QByteArray data = pTcpSocket->readAll();ui->textEditRecv->append(data);});
}

void Form::on_pushButtonConnect_clicked()
{QString ipStr=ui->lineEditIp->text();quint16 portUint=ui->lineEditPort->text().toUInt();//客户端连接服务器--》触发(服务器端)NewConnection信号--》触发（客户端）connected信号pTcpSocket->connectToHost(ipStr,portUint);
}void Form::on_pushButtonSend_clicked()
{QString str=ui->textEditSend->toPlainText();pTcpSocket->write(str.toUtf8().data());
}void Form::on_pushButtonClose_clicked()
{pTcpSocket->disconnectFromHost();//断开网络连接pTcpSocket->close();
}

结果：相互发送数据正常

        端口是服务器设置的

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