[网络协议]网络编程TCP/IP协议-----服务器端客户端构建（一）

TCP服务器端与客户端的通信结构

这是一个简易的服务器端与客户端的连接，只实现了服务端读取客户端发送的数据。该程序还有很多值得优化的地方，在后面会逐一优化。

几个重要的函数

1、socket()函数创建套接字

int socket(int domain, int type, int protocol);

• 参数domain代表所使用的协议族，常用的 AF_INET 表示互联网协议族（TCP/IP);AF_INET6 表示 IPv6 地址。
• type 为套接字类型，常用的有 SOCK_STREAM (流式套接字)和 SOCK_DGRAM（数据包套接字），SOCK_RAW(原始套接字)。TCP协议采用的是SOCK_STREAM ，UDP协议采用的是SOCK_DGRAM，因此本程序中是SOCK_STREAM 。
• protocol参数一般为 0
• 返回值： socket（）函数调用返回一个整型套接字描述符sockfd，后面对套接字进行操作的函数都会用到它。

2、 bind() 函数

通过socket（）函数调用返回一个套接字描述符后，在使用套接字进行网络编程前，必须配置该套接字。配置的内容包括本机IP地址及端口号等信息。

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);  

• sockfd为上一步所创建的套接字描述符。
• 参数二得好好说明一下。参数addr是一个指向sockaddr类型结构体的指针。在这里，先定义一个struct sockaddr_in结构体类型的变量 addr，然后将IP地址及端口号这些信息写入addr中，最后，利用强制类型转换，将sockaddr_in 结构体变量转化为通用的套接字结构体sockaddr变量。从下面结构体可以看出，通用的套接字结构体sockaddr里面存储的信息也正是我们所关注的IP地址和端口号。
• 在sockaddr_in结构体中，IP地址是内嵌结构体，因为只有一个成员变量，所以结构体变量的首地址也是结构体中成员的首地址。
• 参数addrlen用来设置struct sockaddr长度，在sockaddr_in 结构体中填充0，使得两个结构体一样长。用sizeof()可求。
• 如下三个结构体定义在头文件#include<netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <sys/socket.h>中。

/*通用的套接字结构体sockaddr*/
struct sockaddr {  
     unsigned short  sin_family;//地址族AF_INET 代表
　　  char sa_data[14]; //14字节，包含套接字中的目标地址和端口信息               
　　 }; 

/* sockaddr_in 结构体代表的是IPV_4套接字地址的数据结构*/
struct sockaddr_in { 
　　 short int sin_family;  /*地址族*/
　　 unsigned short int sin_port;   /*端口号*/
     struct in_addr sin_addr;  /*IP地址，内嵌结构体*/
     unsigned char sin_zero[8];  /*填充0，以保持与struct sockaddr 同样长度*/
}   

struct in_addr { 
    unsigned long s_addr; //32位IPv_4地址
           }

3、Listen()函数

使用 Bind() 绑定套接字后，还需要使用 listen() 函数让套接字进入被动监听状态，再调用 accept() 函数，就可以随时响应客户端的请求了。

int listen(int sockfd, int backlog); 

• sockfd 为socket()函数创建套接字描述符
• backlog：同时允许几路客户端和服务器进行正在连接的过程(正在三次握手)，一般填5。

4、Accept()函数

Accept() 函数用来阻塞等待接收客户端连接请求，当收到客户端connect()连接请求时，将建立一个新的套接字newfd。当有多个客户端连接服务器时，将产生多个不同的newfd，每一个代表不同的客户端。服务器端可以通过newfd，获取已连接客户端的IP地址和端口号信息。

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); 

• sockfd为套接字描述符
• 存放的是客户端IP地址端口号信息。本例中暂时不需要读取客户端信息，填NULL即可。后面进行优化时再说。
• 调用函数出错时，返回 -1

5、Connect()函数

客户端用Connect()函数与TCP服务器建立连接，该函数与Bind()函数写法类似。

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen)

• sockfd 为socket()函数创建套接字描述符
• servaddr是包含客户端IP地址和端口号的指针。
• addrlen 地址长度

服务器端程序

#include <stdio.h
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <strings.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <errno.h>   /*与error相关的*/
#include <arpa/inet.h>
#define  SERV_PORT 5001
#define  SERV_IP_ADDR "192.168.192.42"   //IP地址
#define  BACKLOG  5
#define  QUIT_STR "quit"

int main()
{
        int fd =-1;
        struct sockaddr_in sin;
        /*第一步：创建socket fd*/
        if( (fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0){   //TCP/IP协议族，流式套接字
                perror("socket");
                exit(1);
        }

        /*第二步：绑定*/
        /*填充struct sockaddr_in结构体变量*/
        bzero(&sin,sizeof(sin)); //清空结构体
        sin.sin_family = AF_INET;//TCP/IP协议族
        sin.sin_port = htons(SERV_PORT); //转化为网络字节序端口号
        if(inet_pton(AF_INET,SERV_IP_ADDR,&sin.sin_addr) != 1){//ip地址转化为网络字节序
                perror("inet_pton");
                exit(1);
        }
        /*绑定,强制转化为struct sockaddr结构体*/
        if(bind(fd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)) < 0){
                perror("bind");
                exit(1);
        }
        /*第三步：调用listen()把主动套接字变成被动套接字*/
        if(listen(fd,BACKLOG) < 0){ //BACKLOG 通常为 5
                perror("listen");
                exit(1);
        }
        /*第四步：阻塞等待客户端连接请求*/
        int newfd = -1;
        newfd = accept(fd,NULL,NULL);//和客户端连接成功时，返回一个新的newfd
        if(newfd < 0){
                perror("accept");
                exit(1);
        }
        /*第五步：读写*/
        int ret = -1;
        char buf[BUFSIZ];
        while(1){
                bzero(buf,BUFSIZ);//BUFSIZ在stdio.h中包含，是一个宏定义
                do{
                ret  =read(newfd,buf,BUFSIZ-1);//读取客户端写入到BUF中的数据
                }while(ret < 0 && EINTR == errno);
                if(ret < 0){  // 出错
                        perror("read");
                        exit(1);
                }
                if(!ret){ //没有读到数据时，退出当前循环
                        break;
                }
                printf("Receive data:%s\n",buf);
                if(!strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))){//相等时 返回0
                        printf("Client is exiting!\n");  //该比较函数忽略字母大小写
                        break;
                }
     }
         /*第六步：关闭*/
        close(newfd);
        close(fd);
        return 0 ;
}

客户端程序

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <strings.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#include <errno.h>   /*与error相关的*/
#include <arpa/inet.h>
#define  SERV_PORT 5001
#define  SERV_IP_ADDR "192.168.192.142"
#define  BACKLOG  5
#define  QUIT_STR "quit"


int main()
{
        int fd =-1;
        struct sockaddr_in sin;
        /*第一步：创建socket fd*/
        if( (fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0){
                perror("socket");
                exit(1);
        }

        /*第二步：连接*/
        /*填充struct sockaddr_in结构体变量*/
        bzero(&sin,sizeof(sin)); //清空结构体
        sin.sin_family = AF_INET;//TCP/IP协议族
        sin.sin_port = htons(SERV_PORT); //转化为网络字节序端口号
        if(inet_pton(AF_INET,SERV_IP_ADDR,&sin.sin_addr) != 1){//ip地址转化为网络字节序
                perror("inet_pton");
                exit(1);
        }
        if(connect(fd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)) < 0){
                perror("bind");
                exit(1);
        }
        /*写入数据*/
        char buf[BUFSIZ];
        while(1){
        bzero(buf,BUFSIZ);
        if(fgets(buf,BUFSIZ-1,stdin) ==NULL){
                continue;
        }
        write(fd,buf,strlen(buf));
        if(!strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))){//相等时 返回0
                        printf("Client is exiting!\n");  //该比较函数忽略字母大小写
                        break;
        }
 }

/*关闭*/
        close(fd);
}

~

编译运行

book@100ask:~/socket$ ./server   /*服务器端*/
Receive data:welcome

Receive data:China

Receive data:777

Receive data:66666


book@100ask:~/socket$ ./client/*客户端*/
welcome
China
777
66666

待优化的点

• 使用多线程、多进程实现多个客户端与TCP服务器的连接。
• 服务器端读取客户端的信息。
• 使用I/O多路复用解决阻塞问题。