network/tcp - master - bvs22/draft

network/tcp
315 строк10 KB
Batomunkuev Vladimir
01 фев 2025, 08:19
01 фев 2025, 08:19ed6e22e
Конспект по TCP и использованию функций сокетов в языке C:

### Введение в TCP

TCP (Transmission Control Protocol) — это протокол транспортного уровня, который обеспечивает надежную, последовательную и безошибочную передачу данных между узлами в сети. TCP гарантирует доставку данных в правильном порядке и управляет контролем потока и перегрузками.

### Основные функции для работы с TCP-сокетами в C

Для работы с TCP-сокетами в C используются следующие основные функции:

1. **socket()**
2. **bind()**
3. **listen()**
4. **accept()**
5. **connect()**
6. **send()**
7. **recv()**
8. **close()**

### 1. `socket()`

Функция `socket()` создает новый сокет и возвращает дескриптор сокета.

```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

// Создание сокета
int socket(int domain, int type, int protocol);
```

- **Аргументы:**
  - `domain`: Указывает домен коммуникации (например, `AF_INET` для IPv4).
  - `type`: Указывает тип сокета (например, `SOCK_STREAM` для TCP).
  - `protocol`: Обычно ставят 0, чтобы выбрать протокол по умолчанию.

- **Возвращает:**
  - Дескриптор сокета при успехе, -1 при ошибке.

### 2. `bind()`

Функция `bind()` связывает сокет с конкретным адресом и портом.

```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

// Привязка сокета к адресу и порту
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
```

- **Аргументы:**
  - `sockfd`: Дескриптор сокета.
  - `addr`: Указатель на структуру `sockaddr`, содержащую адрес и порт.
  - `addrlen`: Размер структуры `sockaddr`.

- **Возвращает:**
  - 0 при успехе, -1 при ошибке.

### 3. `listen()`

Функция `listen()` переводит сокет в режим прослушивания для входящих соединений.

```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

// Перевод сокета в режим прослушивания
int listen(int sockfd, int backlog);
```

- **Аргументы:**
  - `sockfd`: Дескриптор сокета.
  - `backlog`: Максимальное количество ожидающих соединений.

- **Возвращает:**
  - 0 при успехе, -1 при ошибке.

### 4. `accept()`

Функция `accept()` принимает входящее соединение на сокет, находящийся в режиме прослушивания.

```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

// Принятие входящего соединения
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
```

- **Аргументы:**
  - `sockfd`: Дескриптор сокета.
  - `addr`: Указатель на структуру `sockaddr`, в которую будет записан адрес клиента.
  - `addrlen`: Указатель на размер структуры `sockaddr`.

- **Возвращает:**
  - Дескриптор нового сокета при успехе, -1 при ошибке.

### 5. `connect()`

Функция `connect()` устанавливает соединение с удаленным хостом.

```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

// Установление соединения с удаленным хостом
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
```

- **Аргументы:**
  - `sockfd`: Дескриптор сокета.
  - `addr`: Указатель на структуру `sockaddr`, содержащую адрес удаленного хоста.
  - `addrlen`: Размер структуры `sockaddr`.

- **Возвращает:**
  - 0 при успехе, -1 при ошибке.

### 6. `send()`

Функция `send()` отправляет данные через сокет.

```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

// Отправка данных через сокет
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
```

- **Аргументы:**
  - `sockfd`: Дескриптор сокета.
  - `buf`: Указатель на буфер с данными.
  - `len`: Длина данных.
  - `flags`: Флаги (обычно 0).

- **Возвращает:**
  - Количество отправленных байт при успехе, -1 при ошибке.

### 7. `recv()`

Функция `recv()` принимает данные через сокет.

```c
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

// Прием данных через сокет
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
```

- **Аргументы:**
  - `sockfd`: Дескриптор сокета.
  - `buf`: Указатель на буфер для хранения данных.
  - `len`: Размер буфера.
  - `flags`: Флаги (обычно 0).

- **Возвращает:**
  - Количество принятых байт при успехе, -1 при ошибке.

### 8. `close()`

Функция `close()` закрывает сокет.

```c
#include <unistd.h>

// Закрытие сокета
int close(int sockfd);
```

- **Аргументы:**
  - `sockfd`: Дескриптор сокета.

- **Возвращает:**
  - 0 при успехе, -1 при ошибке.

### Пример: Создание простого TCP-сервера

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int server_fd, new_socket;
    struct sockaddr_in address;
    int opt = 1;
    int addrlen = sizeof(address);
    char buffer[1024] = {0};
    char *hello = "Hello from server";

    // Создание сокета
    if ((server_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == 0) {
        perror("socket failed");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // Привязка сокета к порту
    if (setsockopt(server_fd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt))) {
        perror("setsockopt");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    address.sin_family = AF_INET;
    address.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
    address.sin_port = htons(PORT);

    if (bind(server_fd, (struct sockaddr *)&address, sizeof(address)) < 0) {
        perror("bind failed");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // Перевод сокета в режим прослушивания
    if (listen(server_fd, 3) < 0) {
        perror("listen");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // Принятие входящего соединения
    if ((new_socket = accept(server_fd, (struct sockaddr *)&address, (socklen_t*)&addrlen)) < 0) {
        perror("accept");
        close(server_fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // Чтение данных от клиента
    read(new_socket, buffer, 1024);
    printf("Message from client: %s\n", buffer);

    // Отправка данных клиенту
    send(new_socket, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // Закрытие сокетов
    close(new_socket);
    close(server_fd);

    return 0;
}
```

### Пример: Создание простого TCP-клиента

```c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define PORT 8080

int main() {
    int sock = 0;
    struct sockaddr_in serv_addr;
    char *hello = "Hello from client";
    char buffer[1024] = {0};

    // Создание сокета
    if ((sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
        printf("\n Socket creation error \n");
        return -1;
    }

    serv_addr.sin_family = AF_INET;
    serv_addr.sin_port = htons(PORT);

    // Преобразование адреса IPv4 из текстового в двоичный
    if(inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &serv_addr.sin_addr) <= 0) {
        printf("\nInvalid address/ Address not supported \n");
        return -1;
    }

    // Установление соединения с сервером
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0) {
        printf("\nConnection Failed \n");
        return -1;
    }

    // Отправка данных серверу
    send(sock, hello, strlen(hello), 0);
    printf("Hello message sent\n");

    // Чтение данных от сервера
    read(sock, buffer, 1024);
    printf("Message from server: %s\n", buffer);

    // Закрытие сокета
    close(sock);

    return 0;
}
```

### Заключение

Этот конспект охватывает основные функции для работы с TCP-сокетами в языке C, включая их аргументы и возвращаемые значения.
Примеры простого TCP-сервера и клиента иллюстрируют, как использовать эти функции на практике.