2. 使用 Socket 进行TCP通信

Socket通信流程图如下：

  这里服务器段listen是监听socket套接字的监听文件描述符。如果客户端有连接请求，服务器端会自动和客户端建立连接，这里的accept函数，只是从已经建立了连接的已连接队列中取出一个建立的客户端连接，并返回用于数据传输的文件描述符。

2.1 socket相关函数介绍

socket()

//socket函数
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>int socket(int domain, int type, int protocol);
返回值:成功返回socket的文件描述符，失败返回-1，并且通过设置错误信息errno
参数：domain：可以选取下面的参数，常用的是AF_INET，AF_INET6，AF_UNIXName                Purpose                          Man pageAF_UNIX, AF_LOCAL   Local communication              unix(7)AF_INET             IPv4 Internet protocols          ip(7)AF_INET6            IPv6 Internet protocols          ipv6(7)AF_IPX              IPX - Novell protocolsAF_NETLINK          Kernel user interface device     netlink(7)type：可以选取下面的参数，常用的是用于tcp通信的SOCK_STREAM，和udp通信的数据包SOCK_DGRAMSOCK_STREAM     Provides sequenced, reliable, two-way, connection-based byte streams. An out-of-band data transmission mechanism may be supported.SOCK_DGRAM      Supports datagrams (connectionless, unreliable messages of a fixed maximum length).SOCK_SEQPACKET  Provides  a sequenced, reliable, two-way connection-based data transmission path for datagrams of fixed maximum length; a consumer is required to read an entire packet with each input system call.SOCK_RAW        Provides raw network protocol access.SOCK_RDM        Provides a reliable datagram layer that does not guarantee ordering.SOCK_PACKET     Obsolete and should not be used in new programs; see packet(7).上面的参数还可以或上(|)下面的两个参数来添加额外属性:SOCK_NONBLOCK   Set the  O_NONBLOCK file status flag on the new open file description.  Using this flag saves extra calls to fcntl(2) to achieve the same result.SOCK_CLOEXEC   Set the close-on-exec (FD_CLOEXEC) flag on the new file descriptor.  See the  description  of  the  O_CLOEXEC flag in open(2) for reasons why this may be useful.protocol: 指定这个socket类型使用的协议，如果这个socket类型只有一个协议，那么这个参数设置为0

bind()

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
返回值：成功返回0，失败返回-1，并设置errno值
参数:sockfd:	使用socket函数成功返回的文件描述符addr：socket地址结构体，这里使用sockaddr_in结构体代替,可以接受的客户端ip和端口struct sockaddr {sa_family_t sa_family;char        sa_data[14];}struct sockaddr_in {sa_family_t    sin_family; /* address family: AF_INET */in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */struct in_addr sin_addr;   /* internet address */};/* Internet address. */struct in_addr {uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */};addrlen：sockaddr_in结构体大小，sizeof(addr)

listen()

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int listen(int sockfd, int backlog);
返回值：成功返回0，失败返回-1,并设置errno
参数：sockfd：socket文件描述符，同上backlog：排队建立3次握手队列和刚刚建立3次握手队列的链接数和，例如可以设置为1024

accept()

#include <sys/types.h>          /* See NOTES */
#include <sys/socket.h>int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
返回值：成功，系统掉用会返回一个非负的整数，这个整数就是已经连接的socket文件描述符，失败返回-1，并设置errno值。
参数：sockfd：同上addr：传出参数，取出的这个连接的socket文件描述符的客户端地址参数，设置为NULL表示不需要传出addrlen：传出地址结构体的大小， sizeof(addr)，前面为NULL，则它设为NULL

connect()

#include <sys/types.h> 
#include <sys/socket.h>int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
返回值:成功返回0，失败返回-1,并设置errno
参数:sockfd: 客户端socket文件描述符addr: 传入参数，指定服务器的地址和端口addrlen: 上面结构体的大小 sizeof(addr)

2.2 TCP协议 C/S 模型

为了方便错误处理，可以对上面函数进行封装后使用

//wrap.h
#ifndef __WRAP_H_
#define __WRAP_H_
void perr_exit(const char *s);
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr);
int Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen);
int Connect(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen);
int Listen(int fd, int backlog);
int Socket(int family, int type, int protocol);
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes);
ssize_t Write(int fd, const void *ptr, size_t nbytes);
int Close(int fd);
#endif//wrap.c
#include <wrap.h>void perr_exit(const char *s)
{perror(s);exit(1);
}
// 确定这是一个什么类型的socket，可以接收哪种协议
int Socket(int family, int type, int protocol)
{int sfd;if ((sfd = socket(family, type, protocol)) < 0)perr_exit("socket error");return sfd;
}// 绑定sfd的ip和端口，成功返回0,失败返回-1
int Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{int n;// 成功返回0if ((n = bind(fd, sa, salen)) < 0)perr_exit("bind error");return n;
}// 监听sfd并自动与连接请求建立连接，监听成功返回0,失败返回-1
int Listen(int fd, int backlog)
{int n;if ((n = listen(fd, backlog)) < 0)perr_exit("listen error");return n;
}/* 取出一个已经和服务器sfd的socket建立连接的连接队列中取出一个客户端sfd，
后两个都是传出参数，是客户端socket的信息
返回客户端文件描述符*/
int Accept(int sfd, struct sockaddr *sa, socklen_t *clientsocketlenptr)
{int n;
reaccept:if ((n = accept(sfd, sa, clientsocketlenptr)) < 0){// 防止该阻塞函数被无关的信号打断if ((errno == ECONNABORTED) || (errno == EINTR))goto reaccept;elseperr_exit("accept error");}return n;
}/*客户端发起连接,sfd为客户端socket文件描述符，
后两个参数是服务器端的ip和端口
连接成功返回0，失败返回-1*/
int Connect(int sfd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{int n;if ((n = connect(sfd, sa, salen)) < 0)perr_exit("connect error");return n;
}/*从cfd文件描述符中读取数据到 buf 中
成功，返回读取到的字符串长度，如果返回0表示读到末尾，失败返回-1
*/
ssize_t Read(int cfd, void *buf, size_t buflen)
{ssize_t n;
readagain:if ((n = read(cfd, buf, buflen)) == -1){if (errno == EINTR)goto readagain;elsereturn -1;}else if (n == 0){printf("read end of file\n");}return n;
}ssize_t Write(int cfd, const void *buf, size_t buflen)
{ssize_t n;
writeagain:if ((n = write(cfd, buf, buflen)) == -1){if (errno == EINTR)goto writeagain;elsereturn -1;}else if (n == 0){printf("write end of file\n");}return n;
}int Close(int fd)
{int n;if ((n = close(fd)) == -1)perr_exit("close error");return n;
}

基础通信代码

服务器单进程处理客户端连接和数据通信，主要通过while循环来实现。

//server.c
#include <wrap.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>void showClient(const struct sockaddr_in *clientaddr)
{char buf[16];memset(buf, 0x00, sizeof(buf));inet_ntop(AF_INET, &clientaddr->sin_addr.s_addr, buf, sizeof(buf));printf("client family is[%d], ip is[%s] ,port is [%d]----connected\n", clientaddr->sin_family, buf, ntohs(clientaddr->sin_port));
}int main()
{int sfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr;bzero(&addr, 0x00);addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(8888);addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);Bind(sfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));Listen(sfd, 1024);struct sockaddr_in clientaddr;bzero(&clientaddr, 0x00);int cfd;char buf[64];int n;socklen_t len;while (1){n = 0;len = sizeof(clientaddr);cfd = Accept(sfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &len);showClient(&clientaddr);while (1){memset(buf,0x00,sizeof(buf));n = Read(cfd, buf, sizeof(buf));if (n==0){break;}printf("[%d] byte word,client send say:[%s]\n", n, buf);int i = 0;for (i = 0; i < n; i++){buf[i] = toupper(buf[i]);}Write(cfd, buf, n);}}close(cfd);close(sfd);return 0;
}

//client.c
#include <wrap.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <ctype.h>void showClient(const struct sockaddr_in *clientaddr)
{char buf[16];memset(buf, 0x00, sizeof(buf));inet_ntop(AF_INET, &clientaddr->sin_addr.s_addr, buf, sizeof(buf));printf("client family is[%d], ip is[%s] ,port is [%d]----connected\n", clientaddr->sin_family, buf, clientaddr->sin_port);
}int main()
{int cfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);struct sockaddr_in addr;bzero(&addr, 0x00);addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(8888);inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &addr.sin_addr.s_addr);Connect(cfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));char words[64];int n;while (1){memset(words, 0x00, sizeof(words));// scanf("%s", words);//读标准输入数据n = read(STDIN_FILENO, words, sizeof(words));Write(cfd, words, strlen(words));n = Read(cfd, words, sizeof(words));printf("server reply [%s],byte is [%d]\n", words, n);}return 0;
}

最后

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