TCP/IP网络编程（尹圣雨）第五章课后习题及答案

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第五章：基于TCP的服务端/客户端（2）

1. 请说明TCP套接字连接设置的三次握手过程。尤其是3次数据交换过程每次收发的数据内容。

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(c)。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）ACK报文段可以携带数据，不携带数据则不消耗序号（第二次握手的既是ACK也是SYN报文段所以不可以）

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。

SEQ顺序标识符是给信息编号。ACK是用于回复带有编号的信息。也就是说，每次传输信息时，都同时发送SEQ标识，而受到信息的主机应以SEQ信息为基础回复发送信息的主机。通过这种机制，传输数据的主机就可以确认数据是否被正确接收。在传输失败时，可以重新传送。

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

当write函数被调用时，数据就会向端口的输出缓冲区移动。然后经过网络传输传输到对方主机套接字的输入缓冲。这样，输入缓冲中存储的数据通过read函数的响应来读取。

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？

对方主机会把输入缓冲中可存储的数据大小传送给要传输数据的数据（本方）。因此，在剩余空间为50字节的情况，即使要求传送70字节的数据，也不能传输50字节以上，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出现空间。而且，这种交换缓冲多余空间信息的协议被称为滑动窗口协议。

5. 修改第二章程序，使双方各传第一次字符串。

server.c

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

void error_handling(char* message);

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

    struct sockaddr_in serv_addr;
    struct sockaddr_in clnt_addr;
    socklen_t clnt_addr_size;

    char msg1[] = "Hello Client!";
    char msg2[] = "I'm Server!";
    char msg3[] = "Nice to meet you!";
    char *str_arr[]={msg1, msg2, msg3};
    char read_buf[100];

    if (argc != 2) {
        printf("Usgae : %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]));

    // 调用bind函数分配IP地址和端口号
    if (bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))) {
        error_handling("bind() error");
    }

    //调用listen函数将套接字转为可接收连接状态 
    if (listen(serv_sock, 3) == -1) {
        error_handling("listen() error");
    }

    clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr);
    // 调用accept函数受理连接请求，没有连接，就等待
    clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
    if (clnt_sock == -1) {
        error_handling("accept() error");
    }

    for(i=0;i<3;i++){
        str_len = strlen(str_arr[i])+1;
        write(clnt_sock, (char*)(&str_len), 4);
        write(clnt_sock, str_arr[i], str_len);

        read(clnt_sock, (char*)(&str_len), 4);
        read(clnt_sock, read_buf, str_len);
        puts(read_buf);
    }
    // write(clnt_sock, message, sizeof(message));
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    return 0;
}

void error_handling(char* message) {
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

client.c

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

void error_handling(char* message); 

int main(int argc, char*argv[]){
    int sock;
    struct sockaddr_in serv_addr;

    char msg1[] = "hello server!";
	char msg2[] = "i'm client!";
	char msg3[] = "nice to meet you too!";

    char *str_arr[] = {msg1, msg2, msg3};
    char read_buf[100];

    int str_len, i;

    if(argc!=3){
        printf("Usage : %s <IP><port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);  // IPv4,面向连接
    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]));

    // 调用connect函数向服务器端发送请求
    if(connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr))==-1){
        error_handling("connect() error!");
    }

    for(i=0;i<3;i++){
        read(sock, (char*)(&str_len), 4);
        read(sock, read_buf, str_len);
        puts(read_buf);

        str_len = strlen(str_arr[i])+1;
        write(sock, (char*)(&str_len), 4);
        write(sock, str_arr[i], str_len);
    }
    close(sock);
    return 0;
}

void error_handling(char*message){
    fputs(message,stderr);
    fputc('\n',stderr);
    exit(1);
}

6. 创建收发文件的服务器端/客户端 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 30

void error_handling(char *message);

int main(int argc, char* argv[]){
    int serv_sd, clnt_sd;
    FILE * fp;
    char buf[BUF_SIZE];
    char file_name[BUF_SIZE];
    int read_cnt;

    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;

    if(argc!=2) {
        printf("Usage: %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sd=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);   

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family=AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port=htons(atoi(argv[1]));

    bind(serv_sd, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr));
    listen(serv_sd, 5);

    clnt_adr_sz=sizeof(clnt_adr);    
    clnt_sd=accept(serv_sd, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);

    read(clnt_sd, file_name, BUF_SIZE);
    fp = fopen(file_name, "rb");
    if(fp!=NULL){
        while(1){
            read_cnt = fread((void*)buf, 1, BUF_SIZE, fp);
            if(read_cnt<BUF_SIZE){
                write(clnt_sd, buf, read_cnt);
                break;
            }
            write(clnt_sd, buf, BUF_SIZE);
        }
    }
    fclose(fp);
    close(clnt_sd);
    close(serv_sd);

    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

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 30
void error_handling(char *message);

int main(int argc, char *argv[]){
    int sd;
    FILE *fp;
    char buf[BUF_SIZE];
    char file_name[BUF_SIZE];
    int read_cnt;

    struct sockaddr_in serv_addr;
    if(argc!=3) {
        printf("Usage: %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }
    printf("Input file name: ");
    scanf("%s", file_name);
    fp = fopen(file_name, "wb");
    
    sd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    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]));

    connect(sd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr));
    write(sd, file_name, strlen(file_name));

    while((read_cnt=read(sd, buf, BUF_SIZE))!=0){
        fwrite((void*)buf, 1, read_cnt, fp);
    }
    fclose(fp);
    close(sd);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}
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