TCP 客户端编程

0.TCP简介

• TCP是传输层协议，是实现了端口到端口之间的通信
• TCP协议是基于 流 传输的，流的要点是次序(order)
  TCP协议确保了数据到达的顺序与文本流顺序相符。当计算机从TCP协议的接口读取数据时，这些数据已经是排列好顺序的“流”了。比如我们有一个大文件要从本地主机发送到远程主机，如果是按照“流”接收到的话，我们可以一边接收，一边将文本流存入文件系统。这样，等到“流”接收完了，硬盘写入操作也已经完成。如果采取UDP的传输方式，我们需要等到所有的数据到达后，进行排序，才能组装成大的文件。这种情况下，我们不得不使用大量的计算机资源来存储已经到达的数据，直到所有数据都达到了，才能开始处理。参考
• TCP协议是可靠性传输，如果没有收到对方的确认收到消息后会进行重传机制
  在每收到一个正确的、符合次序的片段之后，就向发送方(也就是连接的另一段)发送一个特殊的TCP片段，用来知会(ACK，acknowledge)发送方：我已经收到那个片段了。这个特殊的TCP片段叫做ACK回复。如果一个片段序号为L，对应ACK回复有回复号L+1，也就是接收方期待接收的下一个发送片段的序号。如果发送方在一定时间等待之后，还是没有收到ACK回复，那么它推断之前发送的片段一定发生了异常。发送方会重复发送(retransmit)那个出现异常的片段，等待ACK回复，如果还没有收到，那么再重复发送原片段... 直到收到该片段对应的ACK回复(回复号为L+1的ACK)，当发送方收到ACK回复时，它看到里面的回复号为L+1，也就是发送方下一个应该发送的TCP片段序号。发送方推断出之前的片段已经被正确的接收，随后发出L+1号片段。ACK回复也有可能丢失。对于发送方来说，这和接收方拒绝发送ACK回复是一样的。发送方会重复发送，而接收方接收到已知会过的片段，推断出ACK回复丢失，会重新发送ACK回复。通过ACK回复和重新发送机制，TCP协议将片段传输变得可靠。
  
  为什么在弱网环境下不能用TCP？这是由于TCP的机制所造成的。TCP的机制是发送、确认、丢包、重传。正常情况下，数据从一端传输到另一端是没有任何问题的，但当出现丢包时就会有较大的麻烦。图中显示了多次丢包时的延迟情况：从客户端向服务端发送数据包，服务端需要返回ACK消息进行确认; 客户端收到确认消息后, 才能继续发送后面的数据（有滑窗时也是类似的）。每次客户端发完数据后，都会启动一个定时器，定时器的最短超时时间是200ms。如果因某种原因，在200毫秒客户端没有收到返回的ACK包，客户端会重发上一个包。由于TCP有退避机制，以防止频繁发送丢失包，因此会将重发包的超时时间延长到400ms。如果重发包依然没有收到确认消息，则下一次重发的超时时间会延长到800ms。我们可以看到，连续几次丢包后，就会产生非常大的延迟，弱网环境下不能用TCP。
• TCP滑动窗口
  我们为了增加网络的吞吐量，想将数据包一起发送过去，这时候便产生了“滑动窗口”这种协议。简单的说就是将每次发送单字节数据更改为一次性发送多个字节的数据，这样就可以带来相率上的提升，但是一次性多个字节会导致字节顺序就不能保证，所以引出了缓冲区的概念，即一次性的多个字节发送时按照一定的规则处理直接排列到接收到对应的内存处。详解

1.Qt中TCP客户端编程

TCP简介

• 对Qt编程而言，网络只是数据传输的通道；
• Qt提供了QTcpSocket类（封装了TCP协议细节）；
• 将QTcpSocket的对象当做黑盒使用，进行数据首发。

1.1QTcpSocket类的继承

1.2QTcpSocket的使用

1. 连接服务器主机（connectToHost()）
2. 发送数据/接受数据（write()/read()）
3. 关闭连接（close()）

1.3QTcpSocket的注意事项

• 默认情况下，QTcpSocket使用异步编程的方式
  • 操作完成后立即返回（返回只代表的操作开始，不代表操作的结果，类似C语言中的回调函数以及Qt中的信号和槽机制）
  • 通过发送信号的方式返回操作的结果

2.QTcpSocket同步编程

2.1QTcpSocket提供辅助函数可完成同步编程的方式（返回值代表返回结果，平时编程使用的大多是同步编程的方式）

- waitForConnected()/waitForDisconnected()
- waitForBytesWritten()/waitForReadyRead()

2.2QTcpSocket同步编程流程

调用完功能函数（如connectToHost）立刻调用对应的同步辅助函数即实现同步编程

2.3QTcpSocket同步编程代码

代码运行时需启动socket的服务程序模拟tcp服务端

#include "clientdemo.h"
#include <QtGui/QApplication>
#include <QTcpSocket>
#include <QDebug>

void SyncClientDemo()
{
	QTcpSocket client;
	char buf[256] = {0};

	client.connectToHost("127.0.0.1", 8080);

	qDebug() << "Connected:" << client.waitForConnected();

	qDebug() << "Send Bytes:" << client.write("D.T.Software");

	qDebug() << "Send Status:" << client.waitForBytesWritten();

	qDebug() << "Data Available:" << client.waitForReadyRead();

	qDebug() << "Received Bytes:" << client.read(buf, sizeof(buf)-1);

	qDebug() << "Received Data:" << buf;

	client.close();

	// client.waitForDisconnected();
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	QApplication a(argc, argv);
	SyncClientDemo();
	//ClientDemo w;
	//w.show();
	return a.exec();
}

结果

3.QTcpSocket异步编程

3.1 QTcpSocket的异步编程

• QTcpSocket的对象通过发送信号的方式返回操作结果
• 可以在程序中将对应的信号连接到槽函数，获取结果
• 在GUI应用程序中通常使用QTcpSocket的异步编程方式

3.2QTcpSocket中的关键信号

• connected():成功连接远端主机
• disconnected：远程主机断开连接
• readyRead()：远端主机数据到达本机
• bytesWritten(qint64)：数据成功发送至系统（OS）

3.3编程实践

clientdemo.h

#ifndef CLIENTDEMO_H
#define CLIENTDEMO_H

#include <QObject>
//#include "ui_clientdemo.h"
#include <QTcpSocket>

class ClientDemo : public QObject
{
	Q_OBJECT

		QTcpSocket m_client;
protected slots:
	void onConnected();
	void onDisconnected();
	void onDataReady();
	void onBytesWritten(qint64 bytes);

public:
	qint64 send(const char* data, int len);
	qint64 available();//得到到达本机的数据长度
	ClientDemo(QObject *parent = NULL);
	void connectToHost(QString ip,int port);
    void close();
	~ClientDemo();

private:
//	Ui::ClientDemoClass ui;
};

#endif // CLIENTDEMO_H

clientdemo.cpp

#include "clientdemo.h"
#include <QDebug>

ClientDemo::ClientDemo(QObject *parent): QObject(parent)
{
	//ui.setupUi(this);

	connect(&m_client, SIGNAL(connected()), this, SLOT(onConnected()) );
	connect(&m_client, SIGNAL(disconnected()), this, SLOT(onDisconnected()));
	connect(&m_client, SIGNAL(readyRead()), this, SLOT(onDataReady()));
	connect(&m_client, SIGNAL(bytesWritten(qint64)), this, SLOT(onBytesWritten(qint64)));

}
void ClientDemo::onConnected()
{
	qDebug() << "onConnected";
	qDebug() << "Local Address:" ;//<< m_client.localAddress();
	qDebug() << "Local Port:" << m_client.localPort();
}

void ClientDemo::onDisconnected()
{
	 qDebug() << "onDisconnected";
}


void ClientDemo::onDataReady()
{
	  char buf[256] =  {0};
	  qDebug() << "onDataReady:" << m_client.read(buf, sizeof(buf)-1);
	  qDebug() << "Data:" << buf;
}

void ClientDemo::onBytesWritten(qint64 bytes)
{
	qDebug() << "onBytesWritten:" << bytes;
}

void ClientDemo::connectToHost(QString ip,int port)
{
	m_client.connectToHost(ip, port);
}

qint64 ClientDemo::send(const char* data, int len)
{
	 return m_client.write(data, len);
}

qint64 ClientDemo::available()
{
    return m_client.bytesAvailable();
}

void ClientDemo::close()
{
	m_client.close();
}

ClientDemo::~ClientDemo()
{
	
}

main.cpp

#include "clientdemo.h"
#include <QtGui/QApplication>
#include <QTcpSocket>
#include <QDebug>

int main(int argc, char *argv[])
{
	QApplication a(argc, argv);
	//SyncClientDemo();
	ClientDemo w;
	w.connectToHost("127.0.0.1",8080);
	char buf[]="abc";
	w.send(buf,sizeof(buf)-1);
	//w.show();
	return a.exec();
}

结果

4.小结

• Qt提供了QTcpSocket类，其对象可用于收发TCP数据
• QTcpSocket默认使用异步编程方式
• QTcpSocket提供辅助函数用于完成同步编程的方式
• GUI应用程序通常使用QTcpSocket的异步编程方式