《TCP/IP网络编程》学习笔记 | Chapter 4：基于TCP的服务器端/客户端（2）
- 《TCP/IP网络编程》学习笔记 | Chapter 4：基于TCP的服务器端/客户端（2）
- 回声客户端的完美实现
- 回声客户端的问题
- 回声客户端问题的解决方法
- 如果问题不在于回声客户端：定义应用层协议
- 计算器服务器端/客户端示例
- TCP 原理
- TCP套接字中的I/O缓冲
- TCP内部工作原理1：与对方套接字的连接（三次握手）
- TCP内部工作原理2：与对方主机的数据交换
- TCP内部工作原理3：断开与套接字的连接（四次挥手）
- 基于 Windows 的实现
- 习题
- （1）请说明TCP套接字连接建立的三次握手过程。尤其是3次数据交换过程每次收发的数据内容。
- （2）TCP是可靠的数据传输协议，但在通过网络通信的过程可能丢失数据。请通过ACK和SEQ说明TCP通过何种机制保证丢失数据的可靠传输。
- （3）TCP 套接字中调用 write 和 read 函数时数据如何移动？结合 I/O 缓冲进行说明。
- （4）对方主机的输入缓冲剩余50字节空间时，若本方主机通过write函数请求传输70字节，问TCP如何处理这种情况？
- （5）第2章示例tcp_server.c(第一章的hello_server.c)和tcp_client.c中，客户端接收服务器端传输的字符串后便退出。现更改程序，使服务器端和客户端各传送1次字符串。考虑到使用TCP协议，所以传输字符串前先以4字节整数型方式传递字符串长度。连接时服务器端和客户端数据传输格式如下。
- （6）创建收发文件的服务器/客户端程序，实现顺序如下。
《TCP/IP网络编程》学习笔记 | Chapter 4：基于TCP的服务器端/客户端（2）
回声客户端的完美实现
在上一篇，我们发现并提出了对于回声客户端的缺陷。在这里，让我们一起来尝试解决这个问题。
回声客户端的问题
先回顾一下回声服务器端的I/O相关代码。
服务器端：
while((str_len = read(clnt_sock , message , BUF_SIZE)) != 0)
write(clnt_sock , message , str_len);
客户端：
while(1)
{
fputs("Input message(Q to quit): ", stdout);
fgets(message , BUF_ SIZE , stdin);
write(sock , message , strlen(message));
str_len=read(sock , message , BUF_SIZE - 1);
message[str_len] = 0;
printf(" message from server: %s", message );
}
两者都在循环中调用read和write函数。而在回声客户端中传输字符串时，调用write函数将字符串一次性发送，在没有考虑可能的处理时延和传输时延情况下，只调用了一次read函数，意在读取发送出去的完整字符串，这就是问题所在。
那我们是否可以给read函数前加入一个延迟函数，过一段时间再去接收数据呢？
这是一种方法，但是延迟应该控制在多少？很显然，这个是不好把握的。我们应当尝试从“提前确认接收数据的大小”这个方向来入手。
回声客户端问题的解决方法
对接收到的字符串长度做记录，循环调用read函数，当接收到的字符串长度大于发送时的长度，停止循环，结束read函数。
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#define BUF_SIZE 1024
void error_handling(char *message);
int main(int argc, char *argv[])
{
int sock;
char message[BUF_SIZE];
int str_len, recv_len, recv_cnt;
struct sockaddr_in serv_adr;
if (argc != 3)
{
printf("Usage: %s <IP> <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock == -1)
error_handling("socket() error");
memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
serv_adr.sin_family = AF_INET;
serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
error_handling("connect() error");
else
puts("Connected..........");
while (1)
{
fputs("Input message(Q to quit):", stdout);
fgets(message, BUF_SIZE, stdin);
if (!strcmp(message, "q\n") || !strcmp(message, "Q\n"))
break;
str_len = write(sock, message, strlen(message));
recv_len = 0;
while (recv_len < str_len)
{
recv_cnt = read(sock, &message[recv_len], BUF_SIZE - 1);
if (recv_cnt == -1)
error_handling("read() error");
recv_len += recv_cnt;
}
message[str_len] = 0;
printf("Message from server: %s", message);
}
close(sock);
return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
为何在循环中 recv_len<str_len 作为条件，而不用 recv_len != str_len呢？
因为存在一种可能——当接收到的字符串长度在某种条件下大于原本发出的字符串长度时，整个语句块将陷入死循环，反复调用read函数。
如果问题不在于回声客户端：定义应用层协议
若不能再用字符长度来界定的情况下，又该如何解决这类数据界限的问题呢？
答案在于——去定义应用层协议。在之前的回声服务器端/客户端中我们就定义过如下协议：“收到Q就立即终止连接”。同样，收发数据过程中也需要定好规则以表示数据的边界，又或提前告知收发数据的大小。服务器端/客户端实现过程中逐步定义的这些规则集合就是应用层协议。
可以看出，应用层协议并不是高深莫测，只不过是为特定程序的实现而制定的规则。
下面编写一个示例程序以体验应用层协议的定义过程。该程序中，服务器端从客户端获得多个数字和运算符信息。服务器端收到数字后对其进行加减乘运算，然后把计算结果传回客户端。例如，向服务器端传递3、5、9的同时请求加法运算，则客户端收到 3+5+9 的运算结果；若请求做乘法运算，则客户端收到 3×5×9 的运算结果。而如果向服务器传递4、3、2 的同时要求做减法，则客户端将收到 4-3-2 的运算结果，即第一个参数成为被减数。
计算器服务器端/客户端示例
在编写程序之前，我们需要先设计一下应用层协议。为了简单起见，我们只设计了最低标准的协议，在实际的应用程序实现中需要的协议更详细、更准确。应用层协议规则定义如下：
- 客户端连接到服务器端后以1字节整数形式传递待运算数字个数。
- 客户端向服务器端传递的每个整数型数据占用4字节。
- 传递整数型数据后接着传递运算符。运算符信息占用1字节。
- 选择字符 +、-、* 之一传递。
- 服务器端以4字节整数型向客户端传回运算结果。
- 客户端得到运算结果后终止与服务器端的连接。
这种程度的协议相当于实现了一半程序，这也说明应用层协议设计在网络编程中的重要性。只要设计好协议，实现程序就不会成为大问题。另外要记住的一点，调用close()函数将向通信对端传递 EOF，请各位记住这一点并加以运用。
op_client.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#define BUF_SIZE 1024
#define OPSZ 4 // 操作数占用字节数
#define RLT_SIZE 4 // 运算结果数占用字节数
void error_handling(char *message);
int main(int argc, char *argv[])
{
int sock;
char opmsg[BUF_SIZE];
int result, opnd_cnt, i;
struct sockaddr_in serv_addr;
if (argc != 3)
{
printf("Usage: %s <IP> <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (sock == -1)
error_handling("socket() error!");
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
error_handling("connect() error!");
else
puts("Connected...........");
fputs("Operand count: ", stdout);
scanf("%d", &opnd_cnt); // 输入操作数个数
opmsg[0] = (char)opnd_cnt; // 将操作符个数存入字符数组,占用1个字节
for (i = 0; i < opnd_cnt; i++)
{
printf("Operand %d: ", i + 1);
scanf("%d", (int *)&opmsg[i * OPSZ + 1]); // 将4字节整型数保存到字符数组中，需要将其转换成int指针类型
}
fgetc(stdin); // 标准输入一个字符
fputs("Operator: ", stdout); // 标准输出
scanf("%c", &opmsg[opnd_cnt * OPSZ + 1]); // 将操作符存入字符数组，占用1个字节
write(sock, opmsg, opnd_cnt * OPSZ + 2); // 发送数据给服务器端
read(sock, &result, RLT_SIZE); // 接收运算结果数据，存入result变量中
printf("Operation result: %ld\n", result);
close(sock);
return 0;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
我们给出客户端向服务器端传送的数据的数据格式示例，如下图所示：
可以看出，若想在同一数组中保存并传输多种数据结构，应把数组声明为char类型。而且需要额外做一些指针及数组运算。
op_server.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#define BUF_SIZE 1024
#define OPSZ 4 // 操作数占用字节数
void error_handling(char *message);
int calculate(int opnum, int opnds[], char operator);
int main(int argc, char *argv[])
{
int serv_sock, clnt_sock;
char opinfo[BUF_SIZE] = {0};
int result, opnd_cnt;
int recv_cnt, recv_len;
struct sockaddr_in serv_addr, clnt_addr;
socklen_t clnt_addr_sz;
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (serv_sock == -1)
error_handling("socket() error!");
memset(serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
error_handling("bind() error!");
if (listen(serv_sock, 5) == -1)
error_handling("listen() error!")
clnt_addr_sz = sizeof(clnt_addr);
for (i = 0; i < 5; i++)
{
opnd_cnt = 0;
clnt_sock = accept(serv_addr, (struct sockaddr *)&clnt_addr, &clnt_addr_sz);
read(clnt_sock, &opnd_cnt, 1); // 读取1字节操作数个数，存入opnd_cnt变量中
recv_len = 0;
while (opnd_cnt * OPSZ + 1 > recv_len) // 循环读取剩余的数据
{
recv_cnt = read(clnt_sock, &opinfo[recv_len], BUF_SIZE);
recv_len += recv_cnt;
}
result = calculate(opnd_cnt, (int *)opinfo, opinfo[recv_len - 1]);
write(clnt_sock, (char *)&result, sizeof(result)); // 向客户端传回运算结果消息
close(clnt_sock);
}
close(serv_sock);
return 0;
}
int calculate(int opnum, int opnds[], char op)
{
int result = opnds[0], i;
swith(op)
{
case '+':
for (i = 1; i < opnum; i++)
result += opnds[i];
break;
case '-':
for (i = 1; i < opnum; i++)
result -= opnds[i];
break;
case '*':
for (i = 1; i < opnum; i++)
result *= opnds[i];
break;
}
return result;
}
void error_handling(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
TCP 原理
TCP套接字中的I/O缓冲
我们已经知道，TCP套接字的数据收发无边界。服务器端即使调用1次write函数传输40字节的数据，客户端也有可能通过调用4次read函数每次读取10字节。但此处也有一些疑问，服务器端一次性传输了40字节，而客户端居然可以缓慢地分批接收。客户端接收10字节后，剩下的30字节在何处等候呢？是不是像飞机为了等待着陆而在空中盘旋一样，剩下的30字节也在网络中徘徊并等等接收呢？
实际上，write函数调用后并非立即传输数据，read函数调用后也并非马上接收数据。更准确地说，如下图所示，write函数调用瞬间，数据被移至输出缓冲区（即发送缓冲区）；read函数调用瞬间，从输入缓冲区（即接收缓冲区）读取数据。
调用write函数时，数据被移至输出缓冲，在适当的时候（不管是分别发送还是一次性发送）传向对端的输入缓冲。这时对方将调用read函数从输入缓冲读取数据。这些I/O缓冲特性可整理如下：
- I/O缓冲在每个TCP套接字中单独存在。
- I/O缓冲在创建套接字时自动生成。
- 即使关闭套接字也会继续传递输出缓冲中遗留的数据。
- 关闭套接字将丢失输入缓冲（即接收缓冲）中的数据。
会不会有“客户端输入缓冲（即接收缓冲）为50字节，而服务器传输了100字节”的情况？
答：不会。TCP协议有流量控制机制，因此 “不会发生超过接收缓冲大小的数据传输”。
所谓流量控制（flow control）就是让发送发的发送速率不要太快，要让接收方来得及接收。TCP协议利用滑动窗口（Sliding Window）机制来实现流量控制。
write函数并不是在向通信对端传输完所有数据时才返回，而是在数据被移到TCP套接字的发送缓冲时就返回了。但TCP会保证对发送缓冲数据的传输，所以说write函数在数据传输完成时返回，我们要准确理解这句话的真正内涵。
TCP内部工作原理1：与对方套接字的连接（三次握手）
TCP套接字从创建到消失所经历过程分为如下3步：
- 与对方套接字建立连接。
- 与对方套接字进行数据交换。
- 断开与对方套接字的连接。
TCP在实际连接建立过程中会经过3次对话过程。因此，该过程又称 “Three-way handshaking（三报文握手）”。接下来给出连接过程中实际交换的信息格式，如下图所示：
TCP套接字是以全双工（Full-duplex）方式工作的。也就是说，它可以双向传递数据，即可接收，也可发送。因此，正式收发数据前需要做一些准备工作。
- 首先，请求连接的主机A向主机B传递如下信息：
[SYN] SEQ: 1000, ACK: -
该消息中 SEQ为1000，ACK为空，而SEQ为1000的含义是：“现传递的数据报的初始序号为1000，如果接收无误，请通知我向您传递1001号数据包。”
这是首次请求连接时使用的消息，又称SYN（Synchronization，同步），表示收发数据前传输的同步消息。
- 接下来主机B向主机A传递如下消息：
[SYN+ACK] SEQ: 2000, ACK: 1001
此时SEQ为2000，ACK为1001，SEQ为2000的含义是：“现传递的数据包初始序号为2000，如果接收无误，请通知我向您传递2001号数据包。”而ACK: 1001 的含义是：“刚才传输的SEQ为1000的数据包接收无误，现在请传递SEQ为1001的数据包。”
对主机A首次传输的数据包的确认消息（ACK：1001）和为主机B传输数据做准备的同步消息（SEQ：2000）捆绑发送，因此，此种类型的消息又称为 SYN+ACK。
通信双方收发数据前向数据包分配初始序号，并向对方通知此序号，这都是为了防止数据丢失所做的准备。通过向数据包分配序号并确认，可以在数据丢失时马上查看并重传丢失的数据包。因此，TCP可以保证可靠的数据传输。
- 最后主机A向主机B传递如下消息：
[ACK] SEQ: 1001, ACK: 2001
因为主机A发送的 SYN 数据包需要消耗一个序号，因此此刻主机A发送的第二个数据包的序号在之前的序号1000的基础上加1，也就是分配1001。此时该数据包传递的信息含义是：“已正确收到传输的SEQ为2000的数据包，现在可以传输SEQ为2001的数据包了。”
至此，主机A和主机B的TCP连接就建立成功了，接下来就可以进行数据传递操作了。
TCP内部工作原理2：与对方主机的数据交换
通过第一步三报文握手过程成功建立起了TCP连接，完成了数据交换的准备工作，就下来就可以正式开始收发数据过程。
上图给出了主机A分2次（分2个TCP报文段）向主机B传递200字节数据的过程。首先，主机A通过第一个报文段发送100个字节的数据，报文段的SEQ为1200。主机B为了确认收到该报文段，向主机B发送 ACK 1301 确认。
此时的ACK号（确认号）为1301而非1201，原因在于ACK号的增量为传输的数据字节数。假设每次ACK号不加传输的字节数，这样虽然可以确认报文段的传输，但无法明确100字节数据是全部正确传递还是丢失了一部分。因此按如下公式传递ACK消息：
ACK号 = SEQ号 + 传递的数据字节数 + 1
与三报文握手过程相同，最后加1是为了告知对方下次要传递的SEQ号。
传输数据过程中报文段丢失的情况，如下图所示：
上图表示通过SEQ 1301 报文段向主机B传递100字节的数据。但中间发生了错误，主机B并未收到。经过一段时间后，主机A仍未收到对于 SEQ 1301 的ACK确认，因此主机A会重传该报文段。为了完成报文段的重传，TCP套接字会启动超时计时器以等待ACK应答。若超时计时器发生超时（Time-out）则重传。
TCP内部工作原理3：断开与套接字的连接（四次挥手）
先由套接字A向套接字B传递断开连接的消息，套接字B发出确认收到的消息，然后向套接字A传递可以断开连接的消息，套接字A同样发出确认消息，如下图所示：
报文段内的 FIN 表示断开连接。也就是说，双方各发送1次 FIN 报文段后断开连接。SEQ 和 ACK 的含义与前面讲解的含义一样。在上图中，主机B向主机A传递了两次 ACK 5001，这是因为第二次FIN 报文段中的ACK 5001 只是因为接收ACK消息后未接收数据而重传给主机A的，以便其在要发出的第四个确认报文段中知晓自己的SEQ。
基于 Windows 的实现
op_client_win.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>
#define BUF_SIZE 1024
#define RLT_SIZE 4
#define OP_SIZE 4
void ErrorHanding(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
int main(int argc, char *argv[])
{
WSADATA wsaData;
SOCKET hSocket;
SOCKADDR_IN serverAddr;
char op_msg[BUF_SIZE];
int result, opndCnt;
if (argc != 3)
{
printf("Usage: %s <IP> <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
ErrorHanding("WSAStartup() error!");
hSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (hSocket == INVALID_SOCKET)
ErrorHanding("hSocket() error!");
memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serverAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
if (connect(hSocket, (SOCKADDR *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR)
ErrorHanding("connect() error!");
else
puts("Connected......");
fputs("Operand count: ", stdout);
scanf("%d", &opndCnt);
op_msg[0] = (char)opndCnt;
for (int i = 0; i < opndCnt; i++)
{
printf("Operand %d: ", i + 1);
scanf("%d", (int *)&op_msg[i * OP_SIZE + 1]);
}
fgetc(stdin);
fputs("Operator: ", stdout);
scanf("%c", &op_msg[opndCnt * OP_SIZE + 1]);
send(hSocket, op_msg, opndCnt * OP_SIZE + 2, 0);
recv(hSocket, (char *)&result, RLT_SIZE, 0);
printf("Operation result: %d\n", result);
closesocket(hSocket);
WSACleanup();
return 0;
}
op_server_win.c：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>
#define BUF_SIZE 1024
#define OP_SIZE 4
void ErrorHanding(char *message)
{
fputs(message, stderr);
fputc('\n', stderr);
exit(1);
}
int calculate(int op_num, int op_info[], char op)
{
int result = op_info[0];
switch (op)
{
case '+':
for (int i = 1; i < op_num; i++)
result += op_info[i];
break;
case '-':
for (int i = 1; i < op_num; i++)
result -= op_info[i];
break;
case '*':
for (int i = 1; i < op_num; i++)
result *= op_info[i];
break;
}
return result;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
WSADATA wsaData;
SOCKET hServerSock, hClientSock;
SOCKADDR_IN serverAddr, clientAddr;
int clientAddrSize;
char op_info[BUF_SIZE];
int recvCnt, recvLen;
int result, opndCnt;
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <port>\n", argv[0]);
exit(1);
}
if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
ErrorHanding("WSAStartup() error!");
hServerSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (hServerSock == INVALID_SOCKET)
ErrorHanding("socket() error!");
memset(&serverAddr, 0, sizeof(serverAddr));
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
serverAddr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
if (bind(hServerSock, (SOCKADDR *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)) == SOCKET_ERROR)
ErrorHanding("bind() error!");
if (listen(hServerSock, 5) == SOCKET_ERROR)
ErrorHanding("listen() error!");
clientAddrSize = sizeof(clientAddr);
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
opndCnt = 0;
hClientSock = accept(hServerSock, (SOCKADDR *)&clientAddr, &clientAddrSize);
if (hClientSock == INVALID_SOCKET)
ErrorHanding("accept() error!");
else
printf("Connect client %d\n", i + 1);
recv(hClientSock, (char *)&opndCnt, 1, 0);
recvLen = 0;
while (recvLen < (opndCnt * OP_SIZE + 1))
{
recvCnt = recv(hClientSock, &op_info[recvLen], BUF_SIZE - 1, 0);
recvLen += recvCnt;
}
result = calculate(opndCnt, (int *)op_info, op_info[recvLen - 1]);
send(hClientSock, (char *)&result, sizeof(result), 0);
closesocket(hClientSock);
}
closesocket(hServerSock);
WSACleanup();
return 0;
}
编译：
gcc op_server_win.c -lwsock32 -o opserv
gcc op_client_win.c -lwsock32 -o opclnt
运行结果：
// 服务器端
C:\Users\81228\Documents\Program\TCP IP Project\Chapter 5>opserv 9190
Connect client 1
Connect client 2
Connect client 3
// 客户端
C:\Users\81228\Documents\Program\TCP IP Project\Chapter 5>opclnt 127.0.0.1 9190
Connected......
Operand count: 2
Operand 1: 24
Operand 2: 12
Operator: -
Operation result: 12
C:\Users\81228\Documents\Program\TCP IP Project\Chapter 5>opclnt 127.0.0.1 9190
Connected......
Operand count: 3
Operand 1: 12
Operand 2: 24
Operand 3: 36
Operator: +
Operation result: 72
C:\Users\81228\Documents\Program\TCP IP Project\Chapter 5>opclnt 127.0.0.1 9190
Connected......
Operand count: 3
Operand 1: 2
Operand 2: 5
Operand 3: 10
Operator: *
Operation result: 100
习题
（1）请说明TCP套接字连接建立的三次握手过程。尤其是3次数据交换过程每次收发的数据内容。
初始状态：客户端处于 Closed 的状态，服务端处于 Listen 状态，进行三次握手。
第一次握手：客户端给服务端发一个 SYN 报文段，并指明客户端的初始化序列号 ISN©。此时客户端处于 SYN_SENT 状态。（在SYN报文段中同步位SYN=1，初始序号seq=x）SYN=1的报文段不能携带数据，但要消耗掉一个序号。
第二次握手：服务器收到客户端的 SYN 报文段之后，会以自己的 SYN 报文段作为应答，并且也是指定了自己的初始化序列号 ISN(s)。同时会把客户端的 ISN(c) + 1 作为ACK 的值，表示自己已经收到了客户端的 SYN报文，此时服务器处于 SYN_RCVD 的状态。（在SYN ACK报文段中SYN=1，ACK=1，确认号ack=x+1，初始序号seq=y）
第三次握手：客户端收到 SYN 报文之后，会发送一个 ACK 报文，当然，也是一样把服务器的 ISN(s) + 1 作为 ACK 的值，表示已经收到了服务端的 SYN 报文，此时客户端处于 ESTABLISHED 状态。服务器收到 ACK 报文之后，也处于 ESTABLISHED 状态，此时，双方已建立起了连接。（在ACK报文段中ACK=1，确认号ack=y+1，序号seq=x+1）
（2）TCP是可靠的数据传输协议，但在通过网络通信的过程可能丢失数据。请通过ACK和SEQ说明TCP通过何种机制保证丢失数据的可靠传输。
TCP通过在TCP报文段首部中设置SEQ（序号）和ACK（确认号）字段，就可以知道传输的数据是否正确地被通信对端接收。SEQ表示当前发送的TCP报文段的第一个数据字节的序号，ACK表示期望收到对方下一个报文段的第一个数据字节的序号。当收到某个确认报文段时，若确认号ACK=N，则表明到序号 N-1 为止的所有数据对方都已正确收到。若等待确认报文段超时，则说明传输的数据可能丢失，需要重传。
（3）TCP 套接字中调用 write 和 read 函数时数据如何移动？结合 I/O 缓冲进行说明。
一个TCP套接字是有独立地接收缓冲和发送缓存的，它们是操作系统内核区分配的内存空间。当TCP套接字调用write函数时，就是将待发送数据移至TCP的发送缓冲区中，而调用read函数时，就是接收TCP的接收缓冲区中的数据。
（4）对方主机的输入缓冲剩余50字节空间时，若本方主机通过write函数请求传输70字节，问TCP如何处理这种情况？
通过TCP流量控制机制，对方主机会把输入缓冲大小传送给本方主机。因此即使要求传送70字节的数据，本方主机也不会传输超过50字节数据，剩余的部分保存在传输方的输出缓冲中，等待对方主机的输入缓冲有空余空间时再传输剩余数据。
这种交换缓冲区多余空间信息的协议被称为滑动窗口协议。
（5）第2章示例tcp_server.c(第一章的hello_server.c)和tcp_client.c中，客户端接收服务器端传输的字符串后便退出。现更改程序，使服务器端和客户端各传送1次字符串。考虑到使用TCP协议，所以传输字符串前先以4字节整数型方式传递字符串长度。连接时服务器端和客户端数据传输格式如下。
另外，不限制字符串传输顺序及种类，但必须进行3次数据交换。
（6）创建收发文件的服务器/客户端程序，实现顺序如下。
- 客户端接收用户输入的传输文件名。
- 客户端请求服务器传输该文件名所指的文件。
- 如果该文件存在，服务器端就将其发送给客户端；反之，则断开连接（回复文件不存在的提示信息）。
![[C语言]strstr函数的使用和模拟实现](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/e3c8e4b57be543dfac0a0e18059794ca.png)
