Linux网络编程（七）-TCP协议客户端及代码实现

1.TCP的客户端代码流程简述

这一章将为大家讲解Socket通信中客户端的实现过程，还是先上图，请大家了解客户端的步骤

可以看到，相比服务端，客户端的步骤简单的很多。事实上这种情况比较多，比如一个服务端会有多个客户端连接。

通过图片我们可以看到TCP客务端调用的函数依次是socket( )、connect( )、recv( )、send( )、closessocket( )

由于在服务端这章的讲解中我们提到了socket()、recv()、send()、closesocket()、WSAStartup()、WSACleanup()的函数，在客户端中同样需要这些函数，使用方式是一样的，因此这里不再赘述。

大家学习前面的函数后可直接在客户端中实现。

2.Socket编程之connect函数

这一节我们讲connect连接，这一步位于客户端的第二步，调用connect阻塞客户程序，传输层实体开始建立连接，当连接建立完成时，取消阻塞；

函数功能：

向服务端发起连接请求

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

int connect(int sockcd, const struct sockaddr *addr, int addrlen);

返回值类型：

整型

返回值:

成功返回0，失败返回-1。当客户端调用 connect（）函数之后，发生以下情况之一才会返回（完成函数调用）

服务器端接收连接请求
发生断网的异常情况而终端连接请求

参数说明：

sockcd为客户端建立socket函数的返回值。

addr是一个sockaddr结构的指针，用于指定所要连接的服务器的地址（服务端的IP地址和端口号，要和服务端的实际IP地址以及绑定的端口一致才可以）。

addrlen为addr变量的大小，可由 sizeof()计算得出。

调用connect函数整体代码的实现：

accept（）函数，其实是服务器端把连接请求信息记录到等待队列。因此connect（）函数返回后并不进行数据交换。而是要等服务器端 accept 之后才能进行数据交换。、

这一步调用完成之后，就和服务端建立了通信，就可以使用send或recv相互发送和接收消息了

connect(sockcd,(sockaddr*)&seraddr,sizeof(seraddr));//需要注意的是，所谓的“接收连接”并不意味着服务器调用

3.Socket客户端完整参考代码

本代码用于和第二章服务端代码一致，监听12345端口，可以不断的发送消息，直至输入"quit"退出程序，完整参考代码如下:

#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")int main()
{int err;char SendBuf[100];WORD versionRequired;WSADATA wsaData;versionRequired=MAKEWORD(2,2);err=WSAStartup(versionRequired,&wsaData);//协议库的版本信息//通过WSACleanup的返回值来确定socket协议是否启动if (!err){printf("客户端套接字已经打开!\\n");}else{printf("客户端套接字打开失败!\\n");return -1;//结束}//注意socket这个函数，他三个参数定义了socket的所处的系统，socket的类型，以及一些其他信息SOCKET clientSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//socket编程中，它定义了一个结构体SOCKADDR_IN来存计算机的一些信息，像socket的系统，//端口号，ip地址等信息，这里存储的是服务器端的计算机的信息SOCKADDR_IN clientsock_in;clientsock_in.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1");clientsock_in.sin_family=AF_INET;clientsock_in.sin_port=htons(12345);//前期定义了套接字，定义了服务器端的计算机的一些信息存储在clientsock_in中，//准备工作完成后，然后开始将这个套接字链接到远程的计算机//也就是第一次握手int r=connect(clientSocket,(SOCKADDR*)&clientsock_in,sizeof(SOCKADDR));//开始连接// printf("%d\\n",r);while(1){gets(SendBuf);if(strcmp(SendBuf,"quit")==0)break;send(clientSocket,SendBuf,strlen(SendBuf)+1,0);}closesocket(clientSocket);//关闭服务WSACleanup();return 0;
}

单独运行客户端，如下图效果：

若是连同前面的服务端一起测试，先运行服务端，再运行客户端，即可完成通信效果，效果图下：

从图中可以看到，客户端向服务端发送三条消息，服务端都已接收，并打印长度和消息信息，第四条信息退出，之后双方退出结束程序。

4.什么是字节序？大小端还有网络序和主机序？

1.字节序

字节序，又称端序或尾序，指的是多字节数据在内存中的存放顺序。学过C语言后，我们知道一个int型变量a是占用4个字节，假设它的起始地址也就是&a是0x10处，那么变量a的四个字节将会被存储在0x10、0x11、0x12和0x13这四个字节位置上。

但是当我们写好通信程序发送数据时候的时候，这个a变量通过TCP连接传输后收到的与发送的不一致，即有可能发过去的序列变成了0x12、0x13的值在前，0x10、0x11上的值在后，这样组成的四个字节的int类型值肯定就不一样了。

所以要引入大端和小端的概念。

2.大端和小端

计算机有两种储存数据的方式：大端字节序（Big Endian）和小端字节序（Little Endian）。

大端模式：是指数据的高字节保存在内存的低地址中，低字节保存在内存的高地址端
小端模式：是指数据的高字节保存在内存的高地址中，低字节保存在内存的低地址端。

以一个两字节short型变量0x0102的存储举例：

大端字节序：高位字节在前，低位字节在后，01|02，从左往右看着更习惯。

小端字节序：低位字节在前，高位字节在后，02|01，也存在这种存储顺序。

我们以0x12345678这个数字为例，它的大端模式和小端模式分别如下：

3.原因

计算机处理字节序的时候，不知道什么是高位字节，什么是低位字节。它只知道按顺序读取字节，先读第一个字节，再读第二个字节…

如果是大端字节序，先读到的就是高位字节，后读到的就是低位字节；小端字节序正好相反。

如果这样，那统一用符合我们人类读写习惯的大端序就好了呀，为何还要弄出个小端序了？

这是疑问计算机电路先处理低位字节，效率比较高，因为计算都是从低位开始的，所以计算机的内部处理都是小端字节序。

但是人类还是习惯读写大端字节序，所以除了计算机的内部处理，其他的场合几乎都是大端字节序，比如网络传输和文件储存。

4.网络序和主机序

明白了大小端之后，网络序和主机序也就好理解了，

网络字节序：TCP/IP各层协议将字节序定义为Big Endian，即大端模式，TCP/IP协议中使用的字节序是大端序。
主机字节序：整数在内存中存储的顺序，目前以Little Endian，即小端模式，比较普遍（不同的CPU有不同的字节序）。

C/C++语言编写的程序里数据存储顺序是跟编译平台所在的CPU相关的，而现在比较普遍的x86处理器是小端模式（Little Endian）。Java编写的程序则唯一采用Big Endian方式来存储数据。

所以，如果你的C/C++程序通过Socket将变量a = 0x12345678的首地址传递给了Java程序，由于Java采取Big Endian方式存取数据，很显然，本地数据没问题，传过去就变成0x78563412，这就出问题了。毕竟不是所有的客户端和服务端都是同一种语言、同一种CPU。因此转换的问题就来了

5.如何转换

为避免开头说到的网络通信中存在的问题，我们可以在传输数据之前和接收数据之后对数据进行相应处理，也就是主机序和网络序的转换。

C/C++提供了相应的函数接口，htons、htonl用于主机序转换到网络序，ntohl、ntohs用于网络序转换到主机序。

5.htos和htol函数

主机序转换到网络序

在网络传输过程中，一定会涉及到主机序和网络序的问题，即本机的存储和网络的传输是完全两套存储方式，我们保证不了目标主机的字节序是否和网络序一致，因此一定要考虑这个问题，这里介绍常用的两个函数htos和htol函数，使主机序转换到网络序

1.htos函数:

函数功能：

将主机无符号短整形数转换成网络，比如古人读12345的顺序是从右往左54321，而现代人读12345的顺序是从左往右读12345，htos函数就是完成类似的转换功能，举例说明如果把htons(16)输出你会看到得到的结果是4096，为什么呢？因为16的十六进制是0X0010，而4096的十六进制是0X1000。不同的存储方式，会导致高低位存储时顺序的不同，这就是即00 10和10 00 的存储不同的原因。

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

uint16_t htons(uint16_t hostlong);

返回值类型：

整型

返回值：

返回一个网络字节顺序的值

参数说明：

其中hostlong是主机字节顺序表达的16位数，htons中的h表示host意思是主机地址，to表示to意思是去往,转换为的意思，n表示net意思是网络，s表示signed long意思是无符号的短整型。

调用htos函数代码举例;

htos(5200);

2.htol函数

函数功能：

将一个32位数从主机字节顺序转换成网络字节顺序。

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

uint16_t htons(uint32_t hostlong);

返回值类型：

整型

返回值：

返回一个网络字节顺序的值

参数说明：

其中hostlong是主机字节顺序表达的32位数，htons中的h表示host意思是主机地址，to表示to意思是去往,转换为的意思，n表示net意思是网络,l 是 unsigned long表示32位长整数

调用htol函数代码举例;

htol( 0x403214);

6. ntohl和ntohs函数:网络序转换到主机序

有主机序转网络序，就有网络序转主机序，分别是ntohl和ntohs函数，接下来为大家讲解这两个函数。

1.ntohl函数

函数功能：

将一个无符号短整型数从网络字节顺序转换成主机字节顺序。这个函数与htons原理相同，不过是htos是主机序到网络序，而ntohs是网络序到主机序。

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

返回值类型：

整型

返回值：

返回一个主机字节顺序表达的数。

参数说明：

其中netshort一个以网络字节顺序表达的16位数，ntohs中的h表示host意思是主机地址，to表示to意思是去往,n表示net意思是网络,s表示signed long意思是无符号的短整型(32位的系统是2字节)。

调用ntohs函数代码举例;

ntohs(5200);

2.ntohl函数

函数功能：

将一个无符号长整型从网络字节顺序转换成主机字节顺序。这个函数与htonl原理相同，不过是htol是主机序到网络序，而ntohl是网络序到主机序。

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

uint16_t ntohs(uint16_t netlong);

返回值类型：

整型

返回值：

返回一个主机字节顺序表达的数。

参数说明：

其中netlong一个以网络字节顺序表达的32位数，ntohs中的h表示host意思是主机地址，to表示to意思是去往,n表示net意思是网络,s表示signed long意思是无符号的短整型(32位的系统是2字节)。

调用ntohl函数代码举例;

ntohl( 0x403214);

7. Sockaddr_in和Sockaddr的区别

sockaddr和sockaddr_in都是结构体，并且它们的功能都是用来处理网络通信的地址。网络中的地址主要有3个方面的属性：

地址类型,例如是互联网协议第四版（ipv4）和互联网协议第六版(ipv6)。
IP地址，主要有5类分别是

A类：(1.0.0.0-126.0.0.0)，地址的网络号取值于1~126之间。一般用于大型网络。

B类：(128.0.0.0-191.255.0.0)，地址的网络号取值于128~191之间。一般用于中等规模网络。

C类：(192.0.0.0-223.255.255.0)，地址的网络号取值于192~223之间。一般用于小型网络。

D类：是多播地址，地址的网络号取值于224~239之间。一般用于多路广播用户。

E类：是保留地址，地址的网络号取值于240~255之间。
端口，它就像门牌号一样，客户端可以通过ip地址找到对应的服务器端，但是服务器端有很多端口，每个应用程序对应一个端口号，通过类似门牌号的端口号，客户端才能真正的访问到该服务器。为了对端口进行区分，将每个端口进行了编号，这就是端口号，范围是0---65535。

用于存储参与（IP）Windows套接字通信的计算机上的一个internet协议（IP）地址。为了统一地址结构的表示方法，统一接口函数，使得不同的地址结构可以被bind()、connect()、recv()、send()等函数调用。但一般的编程中并不直接对此数据结构进行操作，而使用另一个与之等价的数据结构sockaddr_in。这是由于Microsoft TCP/IP套接字开发人员的工具箱仅支持internet地址字段，而实际填充字段的每一部分则遵循sockaddr_in数据结构，两者大小都是16字节，所以二者之间可以进行切换。

sockaddr_in中的in就表示internet也就是网络地址的意思，它弥补了sockaddr的缺陷，把port(端口号)，和addr(目标地址)分开存储在两个变量中。

总结

二者长度一样，都是16个字节，即占用的内存大小是一致的，因此可以互相转化。二者是并列结构，指向sockaddr_in结构的指针也可以指向sockaddr。

sockaddr常用于bind、connect、recv、send等函数的参数，指明地址信息，是一种通用的套接字地址。

sockaddr_in 是internet环境下套接字的地址形式。所以在网络编程中我们会对sockaddr_in结构体进行操作，使用sockaddr_in来建立所需的信息，最后使用强制类型转化就可以了。一般先把sockaddr_in变量赋值后，强制类型转换后传入用sockaddr做参数的函数：sockaddr_in用于socket定义和赋值；sockaddr用于函数参数。