Linux网络编程:socket实现client/server通信

一、问题引入

阅读UNIX网络编程 卷1:套接字联网API 第3版的前4个章节,觉得有必要对书籍上的源码案例进行复现,并推敲TCP的C/S通信过程。

二、解决过程

2-1 server

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/shm.h>
#define PORT 8887
#define QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024
int main()
{
 // 定义sockfd, AF_INET:IPv4协议,SOCK_STREAM:字节流套接字
 int server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 // 定义sockaddr_in
 struct sockaddr_in server_sockaddr;
 server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
 server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);
 server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
 // bind,成功返回0,出错返回-1
 if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr, sizeof(server_sockaddr)) == -1)
 {
 perror("bind failure");
 exit(1);
 }
 // listen,成功返回0,出错返回-1
 if (listen(server_sockfd, QUEUE) == -1)
 {
 perror("listen failure");
 exit(1);
 }
 // 客户端套接字
 char buffer[BUFFER_SIZE];
 struct sockaddr_in client_addr;
 socklen_t length = sizeof(client_addr);
 // 成功返回非负描述字,出错返回-1
 // accept()被阻塞,等待客户端连接,一旦客户端和服务器完成TCP三次握手,accept()返回一个已连接描述值
 int conn = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &length);
 if (conn < 0)
 {
 perror("connect failure");
 exit(1);
 }
 printf("**************************\n");
 printf("accept successful !!!\n");
 char ipbuf[64] = {0};
 printf("client || ip: %s, port: %d\n",
 inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
 ntohs(client_addr.sin_port));
 printf("**************************\n");
 while (1)
 {
 memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
 // 接收
 int len = recv(conn, buffer, sizeof(buffer), 0);
 if (strcmp(buffer, "exit") == 0 || strcmp(buffer, "q") == 0)
 break;
 if(len > 0)
 {
 printf("Recv:%s (%d Byte)\n", buffer, strlen(buffer));
 }
 }
 close(conn);
 close(server_sockfd);
 return 0;
}

2-2 client

#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/shm.h>
#define PORT 8887
#define BUFFER_SIZE 1024
int main()
{
 int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 struct sockaddr_in servaddr;
 memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
 servaddr.sin_family = AF_INET;
 servaddr.sin_port = htons(PORT);
 servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
 /// 连接服务器,成功返回0,错误返回-1
 if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
 {
 perror("connect");
 exit(1);
 }
 printf("**************************\n");
 printf("connect successful !!!\n");
 char ipbuf[64] = {0};
 printf("server || ip: %s, port: %d\n",
 inet_ntop(AF_INET, &servaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
 ntohs(servaddr.sin_port));
 printf("now you can send message to server\n");
 printf("**************************\n");
 char sendbuf[BUFFER_SIZE];
 while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
 {
 if(sendbuf[strlen(sendbuf)-1] == '\n')
 sendbuf[strlen(sendbuf)-1] = '\0';
 // 发送
 send(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
 if (strcmp(sendbuf, "exit") == 0 || strcmp(sendbuf, "q") == 0)
 break;
 memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
 }
 close(sockfd);
 return 0;
}

2-3 编译和运行测试

📌 测试环境:CentOS7.6 x64

编译server.c 和 client.c

gcc server.c -g -std=gnu99 -o servergcc client.c -g -std=gnu99 -o client

运行测试:

📌 server.c仅仅实现对单个客户端的连接请求,接受客户端的请求消息,但不作应答

client:

server:

2-4 socket 流程图

所有客户和服务器都从调用socket() 开始,它返回一个套接字描述符。客户随后调用connect() ,服务器则调用bind() 、listen() 和 accept() ,套接字通常使用标准的close()函数关闭。

2-5 socket API 函数

  • IPv4套接字地址结构
// struct sockaddr原型声明在如下头文件中
#include <sys/socket.h>
// uint8_t 原型在如下头文件中
#include <sys/types.h>
struct sockaddr
{
 uint8_t sa_len;
 sa_family_t sa_family; /* address family: AF_xxx value */
 char sa_data[14]; /* protocol specific address */
};
// sockaddr_in原型声明在如下头文件中
#include <netinet/in.h>
// uint8_t 原型在如下头文件中
#include <sys/types.h>
// in_addr_t、in_port_t的原型声明在如下头文件中
#include <netinet/in.h>
// sa_family_t、socklen_t的原型声明在如下头文件中
#include <sys/socket.h>
struct in_addr
{
 in_addr_t s_addr; /* 32-bit IPv4 address */
 /* network byte ordered */
};
struct sockaddr_in
{
 uint8_t sin_len; /* length of structure (16) */
 sa_family_t sin_family; /* AF_INET */
 in_port_t sin_port; /* 16-bit TCP or UDP port number */
 
 struct in_addr sin_addr; /* 32-bit IPv4 address */
 /* network byte ordered */
 char sin_zero[8]; /* unused */
};
  • socket函数
// socket()原型声明在如下头文件中
#include <sys/socket.h>
/*
 * socket函数的功能是:申请套接字资源
 * @param family 指协议族,可选项有如下:
 * AF_INET:IPv4协议, AF_INET6:IPv6, AF_LOCAL:Unix域协议, AF_ROUTE:路由套接字, AF_KEY:密钥套接字
 * @param type 指套接字类型,可选项有如下:
 * SOCK_STREAM:字节流套接字, SOCK_DGRAM:数据报套接字, SOCK_SEQPACKET:有序分组套接字, SOCK_RAW:原始套接字
 * @param protocol 指某个协议类型常值,一般默认设置为0。可选项有如下:
 * IPPROTO_TCP:TCP传输协议, IPPROTO_UDP:UDP传输协议, IPPROTO_SCTP:SCTP传输协议
 * @return 若成功返回非负值,否者返回-1。返回值称之为套接字描述符(监听套接字)
 */
int socket(int family, int type, int protocol);
  • connect函数

📌 客户端调用connect函数将激发TCP的三次握手

// connect()原型声明在如下头文件中
#include <sys/socket.h>
/*
 * connect函数的功能是:与TCP服务器建立连接
 * @param sockfd 使用socket函数获取的套接字描述符
 * @param *servaddr 一个指向套接字地址结构的指针
 * @param addrlen 套接字结构的大小
 * @return 若成功则返回0,出错返回-1
 */
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);
  • bind函数

📌 服务器在启动时,利用bind函数捆绑一个固定众所周知的端口号,但对于客户端不需要,可以让内核去分配一个临时端口号

// bind()原型声明在如下头文件中
#include <sys/socket.h>
/*
 *
 * @param sockfd 使用socket函数获取的套接字描述符
 * @param *myaddr 一个指向特定协议的地址结构的指针
 * @param addrlen 特定协议的结构的大小
 * @return 若成功则返回0,出错返回-1
 */
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);
  • listen函数

📌 listen函数只能由TCP服务器调用

// listen()原型声明在如下头文件中
#include <sys/socket.h>
/*
 * listen函数把一个未连接的套接字转换成一个被动套接字
 * @param sockfd 使用socket函数获取的套接字描述符
 * @param backlog 套接字排队的最大连接个数
 * @return 若成功则返回0,出错返回-1
 */
int listen(int sockfd, int backlog);
  • accept函数

📌 accept函数只能由TCP服务器调用,返回一个已连接套接字。若有客户端发起连接请求,并完成三次握手,accept函数被触发

// accept()原型声明在如下头文件中
#include <sys/socket.h>
/*
*
* @param sockfd 使用socket函数获取的套接字描述符
* @param *cliaddr 一个指向特定协议的地址结构的指针
* @param *addrlen 特定协议的结构的大小
* @return 若成功则返回非负描述符,出错则返回-1。返回值称之为:已连接套接字
*/
int accpet(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);

三、反思总结

本随笔案例仅实现了TCP服务器针对单个客户端的应答,但实际中TCP服务器要为成千上万个客户端服务的。

文中的重点介绍Linux Socket的API,但关于TCP/IP才是Socket的基石。

四、参考引用

UNIX网络编程 卷1:套接字联网API 第3版

作者:eiSouthBoy原文地址:https://www.cnblogs.com/caojun97/p/17356425.html

%s 个评论

要回复文章请先登录注册