C/S模型-TCP

Posted 2021-06-20 _Karry

文章目录

• 概述
• server代码
• client代码

概述

下图是基于TCP协议的客户端/服务器模型的一般流程

建立连接过程：服务器调用socket()、bind()、listen()完成初始化后，调用accept()阻塞等待，处于监听端口的状态，客户端调用socket()初始化后，调用connect()发出SYN段并阻塞等待服务器应答，服务器应答一个SYN-ACK段，客户端收到后从connect()返回，同时应答一个ACK段，服务器收到后从accept()返回。

数据传输过程：全双工的通信服务，但是一般的客户端/服务器程序的流程是由客户端主动发起请求，服务器被动处理请求，一问一答的方式。因此，服务器从accept()返回后立刻调用read()，读socket就像读管道一样，如果没有数据到达就阻塞等待，这时客户端调用write()发送请求给服务器，服务器收到后从read()返回，对客户端的请求进行处理，在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答，服务器调用write()将处理结果发回给客户端，再次调用read()阻塞等待下一条请求，客户端收到后从read()返回，发送下一条请求，如此循环下去。

断开连接过程：如果客户端没有更多的请求了，就调用close()关闭连接，就像写端关闭的管道一样，服务器的read()返回0，这样服务器就知道客户端关闭了连接，也调用close()关闭连接。注意，任何一方调用close()后，连接的两个传输方向都关闭，不能再发送数据了。如果一方调用shutdown()则连接处于半关闭状态，仍可接收对方发来的数据。

在学习socket API时要注意应用程序和TCP协议层是如何交互的： 应用程序调用某个socket函数时TCP协议层完成什么动作，比如调用connect()会发出SYN段 应用程序如何知道TCP协议层的状态变化，比如从某个阻塞的socket函数返回就表明TCP协议收到了某些段，再比如read()返回0就表明收到了FIN段。

下面通过最简单的客户端/服务器程序的实例来学习socket API

server代码

server.c的作用是从客户端读字符，然后将每个字符转换为大写并回送给客户端。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 6666

int main(void)
{
	struct sockaddr_in cliaddr;	//专用socketaddr地址结构体
	socklen_t cliaddr_len;
	int listenfd, connfd;
	char buf[MAXLINE];
	char str[INET_ADDRSTRLEN];
	int i, n;

	//创建监听socket
	listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	
	//专用socketaddr地址结构体，用于bind
	struct sockaddr_in servaddr;
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;			/* Address family 地址结构类型 */  	
	servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);	/* Internet address IP地址 */	
	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);	/* Port number 端口号*/		

	bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
	listen(listenfd, 20);

	printf("Accepting connections ...\\n");
	while (1) {
		cliaddr_len = sizeof(cliaddr);

		//accpet函数从listen监听队列中接受一个连接，cliaddr传出客户端socket地址结构体
		connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
		n = read(connfd, buf, MAXLINE);

		//输出信息
		printf("received from %s at PORT %d\\n",	
		// inet_ntop函数将网络字节序整数表示的客户端地址转换为字符串存入str中,%s
		inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
		//将客户端端口号网络字节序转换为主机字节序,%d
		ntohs(cliaddr.sin_port));
		
		for (i = 0; i < n; i++)
			buf[i] = toupper(buf[i]);
		write(connfd, buf, n);
		close(connfd);
	}
	return 0;
}

client代码

client.c的作用是从命令行参数中获得一个字符串发给服务器，然后接收服务器返回的字符串并打印

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>

#define MAXLINE 80
#define SERV_PORT 6666

int main(int argc, char *argv[])
{
	char buf[MAXLINE];
	char *str;

	if (argc != 2) {
		fputs("usage: ./client message\\n", stderr);
		exit(1);
	}
	str = argv[1];

	int sockfd;
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

	//服务器socket地址结构体
	struct sockaddr_in servaddr;
	bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
	servaddr.sin_family = AF_INET;			/* Address family 地址结构类型 */
	inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);	/* Internet address IP地址 */
	servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);	/* Port number 端口号*/	

	connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));

	write(sockfd, str, strlen(str));

	int n;
	n = read(sockfd, buf, MAXLINE);
	printf("Response from server:\\n");
	write(STDOUT_FILENO, buf, n);
	close(sockfd);

	return 0;
}

由于客户端不需要固定的端口号，因此不必调用bind()，客户端的端口号由内核自动分配。注意，客户端不是不允许调用bind()，只是没有必要调用bind()固定一个端口号，服务器也不是必须调用bind()，但如果服务器不调用bind()，内核会自动给服务器分配监听端口，每次启动服务器时端口号都不一样，客户端要连接服务器就会遇到麻烦。