TCP 传输控制协议
一、网络架构模型
1. CS 模型（Client-Server，客户端 - 服务器）
- 定义：专用客户端与服务器交互的模型，客户端为定制化程序，服务器提供核心服务。
- 典型场景：即时通讯软件、游戏客户端、本地工具类程序。
2. BS 模型（Browser-Server，浏览器 - 服务器）
- 定义：以通用浏览器作为客户端，服务器通过 Web 服务提供内容。
- 典型场景：网页版应用、电商网站、在线文档。
3. P2P 模型（Peer-to-Peer，对等网络）
- 定义：无中心服务器，节点既是客户端（下载者）也是服务器（上传者）。
- 核心特征：
- 初始阶段：节点从其他客户端 / 服务器下载数据（进度 0%）；
- 后期阶段：节点完成部分下载后，向新节点上传已获取的数据；
- 典型场景：迅雷、BT 下载等 P2P 网络下载工具。
4. CS vs BS 核心区别
| 维度 | CS 模型 | BS 模型 |
|---|---|---|
| 客户端类型 | 专用客户端（定制开发） | 通用浏览器（无需定制） |
| 应用层协议 | 自定义 / 标准协议均可 | 固定使用 HTTP/HTTPS 协议 |
| 功能复杂度 | 功能丰富、逻辑复杂 | 功能轻量化、逻辑简单 |
| 资源存储 | 部分资源本地化存储 | 核心资源由服务器分发 |
二、TCP 协议核心特征
TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）是面向连接的可靠传输协议，核心特征如下：
1. 核心特性
| 特性 | 说明 |
|---|---|
| 面向连接 | 通信前需完成三次握手建立连接，断开需四次挥手，连接始终保持至主动断开 |
| 可靠传输 | 通过应答（ACK）、超时重传保证数据不丢失、不重复、按序到达 |
| 流式套接字 | 数据无边界，为连续字节流，接收方无法直接区分单次发送的数据块 |
| 全双工通信 | 两端均有发送 / 接收缓冲区，可同时收发数据 |
| 收发次数无关 | 发送方多次发送的数据，接收方可一次性读取（黏包问题根源） |
| 写阻塞机制 | 发送缓冲区满时（默认 64K），send 函数会阻塞，直至缓冲区有空闲空间 |
| 连接感知 | 一端断开连接，另一端可通过 recv 返回 0 / 错误感知，基于四次挥手保证优雅断开 |
2. 可靠传输实现机制
- 应答机制（ACK）：接收方收到数据后返回 ACK 确认，发送方收到 ACK 才认为数据传输成功；
- 超时重传：发送方未在指定时间收到 ACK，自动重传数据；
- 实时性弱：为保证可靠性，牺牲部分实时性（对比 UDP）；
- 资源消耗：头部开销大、连接建立 / 断开需握手，网络资源消耗高于 UDP。
3. 黏包问题
- 定义：TCP 数据无边界，发送方多次发送的小数据块可能被合并传输，接收方一次性读取后无法还原原始数据块，导致解析失败。
- 根源：流式套接字特性 + 内核缓冲区优化（Nagle 算法）。
- 解决思路：自定义数据边界（如固定长度、分隔符、头部标识长度）。
三、TCP 核心函数（Linux/C）
1. 创建套接字：socket ()
c
运行
int socket(int domain, int type, int protocol);- 功能：向内核申请创建套接字，返回文件描述符（FD）。
- 参数：
domain：地址族，AF_INET（互联网协议，IPv4）/AF_UNIX（本地进程通信）；type：套接字类型，SOCK_STREAM（流式，TCP）/SOCK_DGRAM（数据报，UDP）/SOCK_RAW（原始套接字）；protocol：协议类型，0 表示自动适配 type 对应的默认协议。
- 返回值：成功返回套接字 FD，失败返回 - 1。
2. 绑定地址：bind ()
c
运行
int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, socklen_t addrlen);- 功能：将套接字 FD 与指定 IP + 端口绑定（服务器专用）。
- 参数：
sockfd：socket () 返回的套接字 FD；my_addr：存储本机 IP、端口的地址结构体（struct sockaddr_in）；addrlen：地址结构体的长度（sizeof (struct sockaddr_in)）。
- 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。
3. 监听连接：listen ()
c
运行
int listen(int sockfd, int backlog);- 功能：将套接字转为监听状态，等待客户端连接（服务器专用）。
- 参数：
sockfd：绑定后的套接字 FD；backlog：三次握手队列的最大长度（未完成连接队列 + 已完成连接队列）。
- 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。
4. 接受连接：accept ()
c
运行
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);- 功能：从监听队列取出已建立的客户端连接，创建通信套接字（服务器专用）。
- 参数：
sockfd：监听套接字 FD；addr：输出参数，存储客户端的 IP + 端口（NULL 表示不关心）；addrlen：输入输出参数，传入 addr 的长度，返回实际长度（addr 为 NULL 时设为 NULL）。
- 核心说明：
- 监听套接字（sockfd）：仅负责监听，不参与通信；
- 通信套接字（返回值）：专用于与该客户端的收发数据。
- 返回值：成功返回通信套接字 FD，失败返回 - 1。
5. 接收数据：recv ()
c
运行
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);- 功能：从套接字读取数据到本地缓冲区。
- 参数：
sockfd：服务器用 accept () 返回的通信 FD，客户端用 socket () 返回的 FD；buf：存储数据的缓冲区（数组 / 动态内存）；len：期望读取的字节数；flags：读取方式，0 表示阻塞读取。
- 返回值：成功返回实际读取的字节数，失败返回 - 1，对端断开返回 0。
6. 发送数据：send ()
c
运行
ssize_t send(int sockfd, const void *msg, size_t len, int flags);- 功能：将缓冲区数据写入套接字发送给对端。
- 参数：
sockfd：同 recv () 的 sockfd 规则；msg：待发送的数据缓冲区；len：待发送的数据长度；flags：发送方式，0 表示阻塞发送。
- 返回值：成功返回实际发送的字节数，失败返回 - 1。
7. 发起连接：connect ()
c
运行
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);- 功能：客户端向服务器发起 TCP 连接请求（客户端专用）。
- 参数：
sockfd：socket () 返回的客户端套接字 FD；addr：服务器的 IP + 端口地址结构体；addrlen：地址结构体长度。
- 返回值：成功返回 0，失败返回 - 1。
四、TCP 编程调用流程
1. 服务器端
plaintext
socket() → bind() → listen() → accept() → recv()/send() → close()- 核心：先绑定监听端口，再接受连接，最后通过通信套接字收发数据。
2. 客户端
plaintext
socket() → connect() → send()/recv() → close()- 核心：无需绑定端口（系统自动分配），直接连接服务器后收发数据。
五、补充：桥接设置（局域网通信）
- 定义：创建虚拟网络设备，将本地网络接口与局域网设备直连；
- 目的：实现同一教室 / 局域网内的设备互通，便于 CS 程序调试。
总结
TCP 作为可靠的面向连接协议，是 CS/BS 模型的核心基础，掌握其核心特性、函数用法和编程流程，是网络开发的必备技能。重点需关注：
- 三次握手 / 四次挥手的连接机制；
- 监听套接字与通信套接字的区别；
- 黏包问题的产生与解决；
- CS/BS/P2P 模型的适用场景。