Linux网络编程TCP

Posted 2022-01-04 嵌入式大杂烩

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TCP/IP协议

TCP/IP 协议栈是一系列网络协议(protocol)的总和，是构成网络通信的核心骨架，它定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间进行传输。

OSI 7层模型和TCP/IP四层网络模型对应关系

计算机网路基础的知识不过多讲解，主要是让大家明白接下来的Linux网络编程数据流属于那一层，具体如下图

TCP/IP协议数据流示意图

我们接下来讲解的Linux网络编程Tcp协议是属于传输层的协议

Linux Socket 网络编程

TCP协议

TCP是面向连接的可靠的传输层协议。

TCP编程

Linux中的网络编程是通过socket接口来进行的。socket是一种特殊的I/O接口，它也是一种文件描述符。常用于不同机器上的进程之间的通信，当然也可以实现本地机器上的进程之间通信。

使用TCP协议的流程图

根据流程图逐一讲解API接口.

服务端API接口

socket

#include <sys/socket.h>
int socket(int family //协议簇 一般 AF_INET PF_INET
 ,int type   //套接口类型 SOCK_STREAM(字节流套接口)
 ,int protocol);  //非原始套接口，参数为 0

套接口类型：

- SOCK_STREAM(字节流套接口)

- SOCK_DGRAM(数据报套接口)

- SOCK_RAW(原始套接口)

示例：

listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);

bind

为套接字分配一个本地IP和协议端口

#include <sys/socket.h>
int bind(int socket
, const struct sockaddr *address//协议族地址
,socklen_t address_len); //协议族长度

- address: 协议族地址,通用的socket地址

通用的socket地址不是很好用，所以Linux为各个协议族提供了专门的socket地址结构体

UNIX本地协议族

struct sockaddr_un 
 sa_family_t sa_family;
 char sun_path[100];

TCP/IP协议族

TCP/IP协议族有sockaddr_in和sockaddr_in6两个专用的socket地址结构体，分别对应IPv4和IPv6

IPv4对应的协议族sockaddr_in定义如下

struct sockaddr_in 
 sa_family_t sin_family; /*地址族：AF_INET*/
 in_port_t sin_port; /*网络字节序表示的端口号*/
 struct in_addr sin_addr; /*ipv4地址*/

/* Internet address. */
struct in_addr 
    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
;

ipv6用的比较少就不单独介绍定义了

常用的有sockaddr_in(网络地址)，sockaddr_un(本地地址), 传入参数时要强制转换为sockaddr*指针类型，示例如下。

struct sockaddr_in servaddr;
/*(2) 设置服务器协议族sockaddr_in结构*/
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;//必须和套接字的创建fimile一致
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//表明可接受任意IP地址
servaddr.sin_port = htons(8888);
bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));

listen

listen函数仅被TCP服务器调用

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd //socket函数返回的套接口描述字
 ,int backlog);   //则此值表示listen时的队列大小，最大连接个数

listen(listenfd,2);

accept

#include <sys/socket.h>         
int accept(int listenfd   //socket 函数返回的套接口描述字 监听句柄
 , struct sockaddr *client //协议族地址
 , socklen_t * addrlen);  //客户端 套接字

accept(listenfd , (struct sockaddr *)&cliaddr , &clilen);

用于接收一个新的连接。

客户端API接口

connect

#include <sys/socket.h>      
  int connect(int sockfd
   , const struct sockaddr * addr //协议族地址
   , socklen_t addrlen);   //协议族长度

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

用于连接到服务器

send/recv

#include <sys/types.h>
#include < sys/socket.h >         
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); 
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

前3个参数与read()相同，参数flags是传输控制标志，UDP再做纤细介绍.

TCP案例

服务端

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<netinet/in.h>
#include<netdb.h>
#include<arpa/inet.h>
#define MAX_BUFF 1024
#define MAX_LISTEN 10
int main(int argc,char *argv[])

  int defaule_port = 8000;
  int optch = 0;
  while((optch = getopt(argc, argv, "s:p:")) != -1)
  
    switch (optch)
    
      case 'p':
          defaule_port = atoi(optarg);
          printf("port: %s\\n", optarg);
          break;
      case '?':
          printf("Unknown option: %c\\n",(char)optopt);    
          break;
      default:
          break;
    
  
 /*声明服务器地址和客户链接地址*/
 struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
 socklen_t client_len;

 /*声明服务器监听套接字和客户端链接套接字*/
 int listen_fd,connect_fd;

  /*(1) 初始化监听套接字listenfd*/
 listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
 if(listen_fd == -1)
 
   perror("Socket Error:");
   return 0;
 
    
 /*(2) 设置服务器sockaddr_in结构*/
 bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
 server_addr.sin_family = AF_INET;
 server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    //任意地址
 server_addr.sin_port = htons(defaule_port);

 /*(3) 绑定套接字和端口*/
 if(bind(listen_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr))==-1)
 
   perror("Bind error:");
   return 0;
 

 /*(4) 监听客户请求*/
 if(listen(listen_fd,MAX_LISTEN)==-1)
 
   perror("Listen error:");
   return 0;
 
 
 /*(5) 接受客户请求*/
 for(;;)
 
   client_len = sizeof(client_addr);
   connect_fd = accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&client_addr,&client_len);
   if(connect_fd < 0)
   
     perror("accept error");
     return 0;
   

   printf("Connect from %s:%u...\\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),ntohs(client_addr.sin_port));
   /*声明缓冲区,向客户端发送数据*/
   char buff[MAX_BUFF] = "hello\\n";
   if(-1 == write(connect_fd,buff,strlen(buff)))
   
     perror("Send error\\n");
     return 0;
   
   printf("Send success...\\n");
   /*清空缓冲区,阻塞等待读取客户端发过来的数据*/
   memset(buff,'\\0',sizeof(buff));
   if(-1 == read(connect_fd,buff,MAX_BUFF))
   
     perror("read error\\n");
     return 0;
   
   write(1,buff,strlen(buff));
   close(connect_fd);
  
  close(listen_fd);
  return 0;

编译运行，默认8000端口，-p 指定端口

gcc -o server.c server
./server -p 8020

客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>
const int MAX_LINE = 2048;
int main(int argc ,char**argv)

    /*声明套接字和链接服务器地址*/
  int sockfd;
  int optch,ret = -1;
  const char*server_addr;
  int default_port = 8000;

  struct sockaddr_in servaddr;
  /*判断是否为合法输入 必须传入一个参数：服务器Ip*/
  if(argc<3)
  
    printf("usage:tcpcli <IPaddress>");
    return 0;
  
  while((optch = getopt(argc, argv, "s:p:")) != -1)
  
    switch (optch)
    
        case 's':
            server_addr = optarg;
            break;
        case 'p':
            default_port = atoi(optarg);
            printf("port: %s\\n", optarg);
            break;
        case '?':
            printf("Unknown option: %c\\n",(char)optopt);    
            break;
        default:
            break;
    
  
  /*(1) 创建套接字*/
  sockfd =socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  if(sockfd==-1)
  
      perror("socket error");
      return 0;
  
  /*(2) 设置链接服务器地址结构*/
  bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
  servaddr.sin_family =AF_INET;
  servaddr.sin_port = htons(default_port);
  if(inet_pton(AF_INET , server_addr , &servaddr.sin_addr) < 0)
  
    printf("inet_pton error for %s\\n",server_addr);
    return 0;
  
  /*  (3) 发送链接服务器请求  */
  if( (ret = connect(sockfd , (struct sockaddr *)&servaddr , sizeof(servaddr))) < 0)
  
    perror("connect error");
    return 0;
  
  printf("connect seccess,ret:%d..\\n",ret);
  struct sockaddr_in c_addr;
  memset(&c_addr, 0, sizeof(c_addr));
  socklen_t len = sizeof(c_addr);

  char buf[MAX_LINE];
  while (1)
  
      /* code */
      memset(buf,'\\0',sizeof(buf));
      len = read(sockfd,buf,sizeof(buf)-1);
      if(len == 0)
      
          printf("server close..\\n");
          return 0;
      
      printf("recv from server:%s",buf);

      memset(buf,'\\0',sizeof(buf));
      printf("please enter:\\n");
      ssize_t len = read(0,buf,sizeof(buf)-1);
      if(len>0)
      
          if(strcmp(buf,"quit")==0)
          
              printf("quit\\n");
              break;
          
          buf[len - 1]='\\0';
          write(sockfd,buf,strlen(buf));
      
  
  close(sockfd);
  return 0;

编译运行，默认8000端口，-s 指定连接的服务器 -p 指定端口

$ gcc -o client client.c
$ ./client -s 0.0.0.0 -p 8020
connect seccess,ret:0..
recv from server:hello
please enter:
hello too
server close..

简单 tcp服务器和客户端就到这里，下期介绍多线程技术，实现一个多线程的聊天室程序。

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