面试题：C语言中TCP协议在网络编程的连接建立过程

Question

在C语言基于Linux的网络编程里，简述TCP协议三次握手建立连接的过程，并且说明每一步在C语言网络编程中是通过哪些函数来实现的。

Answer 1

TCP协议三次握手建立连接过程

1. 第一次握手：客户端向服务器发送一个SYN（同步序列号）包，该包中包含客户端选择的初始序列号（seq=x）。客户端进入SYN_SENT状态，等待服务器确认。
2. 第二次握手：服务器接收到客户端的SYN包后，向客户端发送一个SYN + ACK包。其中，SYN部分的序列号为服务器选择的初始序列号（seq=y），ACK部分是对客户端SYN包的确认，确认号为客户端的序列号加1（ack=x+1）。服务器进入SYN_RCVD状态。
3. 第三次握手：客户端接收到服务器的SYN + ACK包后，向服务器发送一个ACK包。该ACK包的确认号为服务器的序列号加1（ack=y+1），序列号为客户端第一次发送的序列号加1（seq=x+1）。此时，客户端和服务器都进入ESTABLISHED状态，连接建立成功。

C语言网络编程中实现函数

1. 第一次握手（客户端）：
   • 使用socket函数创建套接字。例如：

   int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
   

   • 使用connect函数发起连接，此函数会触发第一次握手的SYN包发送。

   struct sockaddr_in servaddr;
   servaddr.sin_family = AF_INET;
   servaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
   inet_pton(AF_INET, SERVER_IP, &servaddr.sin_addr);
   connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
   

2. 第二次握手（服务器）：
   • 同样先使用socket函数创建套接字。

   int listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
   

   • 使用bind函数将套接字绑定到特定的地址和端口。

   struct sockaddr_in servaddr;
   servaddr.sin_family = AF_INET;
   servaddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);
   servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
   bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
   

   • 使用listen函数使套接字进入监听状态，准备接收客户端连接。

   listen(listenfd, BACKLOG);
   

   • 使用accept函数接受客户端连接，此函数会处理第二次握手的SYN + ACK包的发送以及第三次握手ACK包的接收。

   int connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)NULL, NULL);
   

3. 第三次握手（客户端）：由connect函数完成第三次握手的ACK包发送，客户端无需额外调用函数。当服务器accept函数返回时，表明第三次握手完成，连接建立成功。