Linux网络学习_TCP客户端服务器编程

Posted 2021-05-21 Leslie X徐

TCP编程

TCP编程模型

1. TCP客户端服务器编程模型

• 客户端调用序列
  • 调用socket函数创建套接字
  • 调用connect连接服务器端
  • 调用I/O函数(read/write)与服务器端通讯
  • 调用close关闭套接字
• 服务器端调用序列
  • 调用socket函数创建套接字
  • 调用bind绑定本地地址和端口
  • 调用listen启动监听
  • 调用accept从已连接队列中提取客户连接
  • 调用I/O函数(read/write)与服务器端通讯
  • 调用close关闭套接字

2. 套接字与地址绑定

• 绑定地址

#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, 
			const struct sockaddr* addr, 
			socklen_t len);
//成功返回0,出错返回-1

• 查找绑定到套接字的地址

#include <sys/socket.h>
int getsockname(int sockfd,
							struct sockaddr* restrict addr,
							socklen_t* restrict alenp);
//成功返回0,出错返回-1				

• 获取对方地址

#include <sys/socket.h>
int getpeername(int sockfd,
							struct sockaddr* restrict addr,
							socklen_t* restrict alenp);
//成功返回0,出错返回-1					

3. 建立连接

• 服务器端

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
//backlog指定进行客户端连接排队的队列长度

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

• 客户端

#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr* addr, socklen_t len);

基于TCP协议的服务器和客户端编程

1. 服务器编程：

/*
 * TCP服务器.c
 */

#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h>
#include <signal.h>
#include <time.h>
#include <arpa/inet.h>

int sockfd;

//登记信号处理函数，使程序接收ctrl+C信号时关闭服务器
void sig_handler(int signo)
{
	if(signo==SIGINT)
	{
		printf("server close\\n");
		/*步骤6：关闭客户端的socket*/
		close(sockfd);
		exit(1);
	}
}

/*输出连接上来的客户端相关信息*/
void out_addr(struct sockaddr_in *clientaddr)
{
	//将端口号从网络字节序转换成主机字节序
	int port = ntohs(clientaddr->sin_port);
	char ip[16];
	memset(ip,0,sizeof(ip));
	//将ip地址从网络字节序转换成点分十进制
	inet_ntop(AF_INET,
					&clientaddr->sin_addr.s_addr,
					ip, sizeof(ip));
	printf("client: %s(%d) connected\\n",ip,port);
}

/*执行对客户端操作*/
void do_service(int fd)
{
	//获得系统时间
	long t = time(0);
	char *s = ctime(&t);
	size_t size = strlen(s) * sizeof(char);
	//将服务器端获得的系统时间写回到客户端
	if(write(fd, s, size) != size)
	{perror("write error");}
}

/*主函数*/
int main(int argc, char **argv)
{
	
	if(argc<2)
	{
		printf("usage:%s #port\\n",argv[0]); //传递端口参数
		exit(1);
	}
	/*处理ctl+c信号，关闭服务器*/
	if(signal(SIGINT, sig_handler)==SIG_ERR) 
	{
		perror("signal sigint error");
		exit(1);
	}
	
	/*步骤1：创建socket
	 * 注：socket创建在内核中，是一个结构体。
	 * AF_INET：IPv4
	 * SOCK_STREAM:tcp协议
	 * */
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	
	/*步骤2：将socket和地址(包括ip、port)进行绑定*/
	struct sockaddr_in serveraddr;
	memset(&serveraddr,0,sizeof(serveraddr));
	//往地址中填入ip、port、internet地址族类型
	serveraddr.sin_family = AF_INET; //IPv4
	serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); //port
	serveraddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //响应所有客户端请求
	if(bind(sockfd, (struct sockaddr*)&serveraddr,
				sizeof(serveraddr))<0)
		{perror("bind error");exit(1);}
		
	/*步骤3：调用listen启动监听(指定端口监听)
	 * 通知系统去接受来自客户端的连接请求
	 * (将接收到的客户端连接请求放置到对应的队列中)
	 * 第二个参数：指定队列长度为10
	 * */
	if(listen(sockfd, 10)<0)
	{perror("listen error");exit(1);}
	
	/*步骤4：调用accept函数，
	 * 从队列中获得一个客户端的请求连接,
	 * 并返回新的socket描述符。
	 * 若没有客户端连接，调用此函数会阻塞，直到获得一个客户端连接。
	 * */
	struct sockaddr_in clientaddr;
	socklen_t clientaddr_len = sizeof(clientaddr);
	//循环和多个客户端进行连接
	while(1){
		int fd = accept(sockfd,
								(struct sockaddr*)&clientaddr,
								&clientaddr_len);
		if(fd<0){
			perror("accept error");
			continue;
		}
	
		/*步骤5：调用IO函数(read/write)
		 * 和连接的客户端进行双向的通信
		 * */
		out_addr(&clientaddr);
		do_service(fd);
		
		/*步骤6：关闭accept返回的socket*/
		close(fd);
	}
	
	return 0;
}

2. 客户端编程

/*
 * time_tcp_client.c
 * 
 */

#include <netdb.h>
#include <sys/socket.h>
#include <unistd.h> //包含宏STDOUT_FILENO
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <memory.h>
#include <arpa/inet.h>//包含函数inet_pton

int main(int argc, char **argv)
{
	if(argc<3){
		printf("usage: %s ip port\\n",argv[0]);
		exit(1);
	}
	
	/*步骤1：创建socket*/
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
	if(sockfd<0){printf("socket error");exit(1);}
	
	//往serveraddr中填入ip,port和地址族类型
	struct sockaddr_in serveraddr;
	memset(&serveraddr,0,sizeof(serveraddr));
	serveraddr.sin_family = AF_INET;
	serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
	//将ip地址转换成网络字节序
	inet_pton(AF_INET,argv[1],
					&serveraddr.sin_addr.s_addr);
	/*步骤2：客户端调用connect函数连接到服务器端*/
	if(connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serveraddr,
									sizeof(serveraddr))<0){
			perror("connect error");
			exit(1);
		}
	
	/*步骤3：调用IO函数(read/write)和服务器端进行双向通信*/
	char buffer[1024];
	memset(buffer,0,sizeof(buffer));
	size_t size;
	//从套接字文件中读取信息
	if((size = read(sockfd,
					buffer,sizeof(buffer)))<0){
			perror("read error");
			exit(1);			
		}
	//将读取的数据在屏幕上输出
	if(write(STDOUT_FILENO, buffer, size) != size){
		perror("write error");
		exit(1);
	}
	
	/*步骤4：关闭socket*/
	close(sockfd);
	
	
	
	return 0;
}

3. 调试输出：
   打开服务器等待客户端连接，客户端连接后获取时间信息并打印

服务器：
$ ./time_tcp_server 8888
client: 127.0.0.1(54140) connected
client: 127.0.0.1(54144) connected
client: 127.0.0.1(54146) connected
^Cserver close

客户端：
$ ./time_tcp_client 127.0.0.1 8888
Mon May 17 10:42:32 2021
$ ./time_tcp_client 127.0.0.1 8888
Mon May 17 10:42:57 2021
$ ./time_tcp_client 127.0.0.1 8888
Mon May 17 10:43:02 2021
$ ./time_tcp_client 127.0.0.1 8888
connect error: Connection refused

TCP连接和关闭的过程