Linux網路編程：socket實作client/server通信-有解無憂

一、問題引入

閱讀UNIX網路編程卷1：套接字聯網API 第3版的前4個章節，覺得有必要對書籍上的原始碼案例進行復現，并推敲TCP的C/S通信程序，

二、解決程序

2-1 server

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

#define PORT 8887
#define QUEUE 20
#define BUFFER_SIZE 1024

int main()
{
    // 定義sockfd, AF_INET:IPv4協議，SOCK_STREAM：位元組流套接字
    int server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    // 定義sockaddr_in
    struct sockaddr_in server_sockaddr;
    server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
    server_sockaddr.sin_port = htons(PORT);
    server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    // bind，成功回傳0，出錯回傳-1
    if (bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr, sizeof(server_sockaddr)) == -1)
    {
        perror("bind failure");
        exit(1);
    }

    // listen，成功回傳0，出錯回傳-1
    if (listen(server_sockfd, QUEUE) == -1)
    {
        perror("listen failure");
        exit(1);
    }

    // 客戶端套接字
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t length = sizeof(client_addr);

    // 成功回傳非負描述字，出錯回傳-1
    // accept()被阻塞，等待客戶端連接，一旦客戶端和服務器完成TCP三次握手，accept()回傳一個已連接描述值
    int conn = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &length);
    if (conn < 0)
    {
        perror("connect failure");
        exit(1);
    }

    printf("**************************\n");
    printf("accept successful !!!\n");
    char ipbuf[64] = {0};
    printf("client || ip: %s, port: %d\n",
           inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
           ntohs(client_addr.sin_port));
    printf("**************************\n");
    while (1)
    {
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
        // 接收
        int len = recv(conn, buffer, sizeof(buffer), 0);
        if (strcmp(buffer, "exit") == 0 || strcmp(buffer, "q") == 0)
            break;
        if(len > 0)
        {
            printf("Recv:%s (%d Byte)\n", buffer, strlen(buffer));
        }
    }
    close(conn);
    close(server_sockfd);
    return 0;
}

2-2 client

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

#define PORT 8887
#define BUFFER_SIZE 1024

int main()
{
    int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(PORT);
    servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
    /// 連接服務器，成功回傳0，錯誤回傳-1
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
    {
        perror("connect");
        exit(1);
    }
    printf("**************************\n");
    printf("connect successful !!!\n");
    char ipbuf[64] = {0};
    printf("server || ip: %s, port: %d\n",
           inet_ntop(AF_INET, &servaddr.sin_addr.s_addr, ipbuf, sizeof(ipbuf)),
           ntohs(servaddr.sin_port));
    printf("now you can send message to server\n");
    printf("**************************\n");
    char sendbuf[BUFFER_SIZE];
    while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
    {
        if(sendbuf[strlen(sendbuf)-1] == '\n')
            sendbuf[strlen(sendbuf)-1] = '\0';
        // 發送
        send(sockfd, sendbuf, strlen(sendbuf), 0);
        if (strcmp(sendbuf, "exit") == 0 || strcmp(sendbuf, "q") == 0)
            break;
        memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

2-3 編譯和運行測驗

?? 測驗環境：CentOS7.6 x64

編譯server.c 和 client.c

gcc server.c -g -std=gnu99 -o server 和 gcc client.c -g -std=gnu99 -o client

運行測驗：

?? server.c僅僅實作對單個客戶端的連接請求，接受客戶端的請求訊息，但不作應答

client：

server：

2-4 socket 流程圖

所有客戶和服務器都從呼叫socket() 開始，它回傳一個套接字描述符，客戶隨后呼叫connect() ，服務器則呼叫bind() 、listen() 和 accept() ，套接字通常使用標準的close()函式關閉，

2-5 socket API 函式

IPv4套接字地址結構

// struct sockaddr原型宣告在如下頭檔案中
#include <sys/socket.h>
// uint8_t 原型在如下頭檔案中
#include <sys/types.h>

struct sockaddr
{
  uint8_t     sa_len;
  sa_family_t sa_family;   /* address family: AF_xxx value */
  char        sa_data[14]; /* protocol specific address */
};

// sockaddr_in原型宣告在如下頭檔案中
#include <netinet/in.h>
// uint8_t 原型在如下頭檔案中
#include <sys/types.h>
// in_addr_t、in_port_t的原型宣告在如下頭檔案中
#include <netinet/in.h>
// sa_family_t、socklen_t的原型宣告在如下頭檔案中
#include <sys/socket.h>

struct in_addr
{
  in_addr_t s_addr; /* 32-bit IPv4 address */
                    /* network byte ordered */
};

struct sockaddr_in
{
  uint8_t        sin_len;     /* length of structure (16) */
  sa_family_t    sin_family;  /* AF_INET */
  in_port_t      sin_port;    /* 16-bit TCP or UDP port number */
   
  struct in_addr sin_addr;    /* 32-bit IPv4 address */
                              /* network byte ordered */
  char           sin_zero[8]; /* unused */
};

socket函式

// socket()原型宣告在如下頭檔案中
#include <sys/socket.h>

/*
 * socket函式的功能是：申請套接字資源
 * @param family 指協議族，可選項有如下：
 * AF_INET:IPv4協議, AF_INET6:IPv6, AF_LOCAL:Unix域協議, AF_ROUTE:路由套接字, AF_KEY:密鑰套接字
 * @param type 指套接字型別，可選項有如下：
 * SOCK_STREAM:位元組流套接字, SOCK_DGRAM:資料報套接字, SOCK_SEQPACKET:有序分組套接字, SOCK_RAW:原始套接字
 * @param protocol 指某個協議型別常值，一般默認設定為0，可選項有如下：
 * IPPROTO_TCP:TCP傳輸協議, IPPROTO_UDP:UDP傳輸協議, IPPROTO_SCTP:SCTP傳輸協議
 * @return 若成功回傳非負值，否者回傳-1，回傳值稱之為套接字描述符（監聽套接字）
 */
int socket(int family, int type, int protocol);

connect函式

?? 客戶端呼叫connect函式將激發TCP的三次握手

// connect()原型宣告在如下頭檔案中
#include <sys/socket.h>

/*
 * connect函式的功能是：與TCP服務器建立連接
 * @param sockfd 使用socket函式獲取的套接字描述符
 * @param *servaddr 一個指向套接字地址結構的指標
 * @param addrlen 套接字結構的大小
 * @return 若成功則回傳0，出錯回傳-1
 */
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen);

bind函式

?? 服務器在啟動時，利用bind函式捆綁一個固定眾所周知的埠號，但對于客戶端不需要，可以讓內核去分配一個臨時埠號

// bind()原型宣告在如下頭檔案中
#include <sys/socket.h>

/*
 *
 * @param sockfd 使用socket函式獲取的套接字描述符
 * @param *myaddr 一個指向特定協議的地址結構的指標
 * @param addrlen 特定協議的結構的大小
 * @return 若成功則回傳0，出錯回傳-1
 */
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen);

listen函式

?? listen函式只能由TCP服務器呼叫

// listen()原型宣告在如下頭檔案中
#include <sys/socket.h>

/*
 * listen函式把一個未連接的套接字轉換成一個被動套接字
 * @param sockfd 使用socket函式獲取的套接字描述符
 * @param backlog 套接字排隊的最大連接個數
 * @return 若成功則回傳0，出錯回傳-1
 */
int listen(int sockfd, int backlog);

accept函式

?? accept函式只能由TCP服務器呼叫，回傳一個已連接套接字，若有客戶端發起連接請求，并完成三次握手，accept函式被觸發

// accept()原型宣告在如下頭檔案中
#include <sys/socket.h>

/*
*
* @param sockfd 使用socket函式獲取的套接字描述符
* @param *cliaddr 一個指向特定協議的地址結構的指標
* @param *addrlen 特定協議的結構的大小
* @return 若成功則回傳非負描述符，出錯則回傳-1，回傳值稱之為：已連接套接字
*/
int accpet(int sockfd, struct sockaddr *cliaddr, socklen_t *addrlen);

三、反思總結

本隨筆案例僅實作了TCP服務器針對單個客戶端的應答，但實際中TCP服務器要為成千上萬個客戶端服務的，

文中的重點介紹Linux Socket的API，但關于TCP/IP才是Socket的基石，

四、參考參考

UNIX網路編程卷1：套接字聯網API 第3版

轉載請註明出處，本文鏈接：https://www.uj5u.com/houduan/552196.html

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