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Linux 网络编程——TCP编程

时间：2015-05-12 13:38:13      阅读：366      评论：0      收藏：0      [点我收藏+]

标签：tcp   网络编程   cs   

概述

TCP（Transmission Control Protocol 传输控制协议）是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层通信协议。


TCP 具有以下特点：

1）电话系统服务模式的抽象

2）每一次完整的数据传输都要经过建立连接、使用连接、终止连接的过程

3）可靠、出错重传、且每收到一个数据都要给出相应的确认，保证数据传输的可靠性

技术分享

TCP 编程的 C/S 架构

基于 TCP 的网络编程开发分为服务器端和客户端两部分，常见的核心步骤和流程如下：

技术分享

TCP 客户端编程

所需头文件：#include <sys/socket.h>
int socket(int family,int type,int protocol);
功能：
创建一个用于网络通信的 socket套接字（描述符），详细用法，请看《套接字的介绍》
参数：
family：本示例写 AF_INET，代表 IPv4
type：本示例写 SOCK_STREAM，代表 TCP 数据流
protocol：这里写 0，设为 0 表示使用默认协议
返回值：
成功：套接字
失败 < 0 

int connect( int sockfd,

const struct sockaddr *addr,

socklen_t len );

功能：

主动跟服务器建立连接，有点类似于，我们给别人电话，主动拨对方的电话号码，具体是怎么一个过程，请《connect()、listen()和accept()三者之间的关系》。

参数：

sockfd：socket()返回的套接字

addr：连接的服务器地址结构

len：地址结构体长度

返回值：

成功：0    

失败：-1


connect() 函数相当于拨号码，只有拨通号码并且确定对方是自己要找的人（三次握手）才能进行下一步的通信。


ssize_t send(int sockfd, 

const void* buf,        

size_t nbytes, 

int flags);

功能：

发送数据，最后一个参数为 0 时，可以用 write() 替代（ send 等同于 write ）。注意：不能用 TCP 协议发送 0 长度的数据包。假如，数据没有发送成功，内核会自动重发。

参数：

sockfd： 已建立连接的套接字

buf： 发送数据的地址

nbytes： 发送缓数据的大小(以字节为单位)

flags： 套接字标志（常为 0）

返回值：

成功：成功发送的字节数

失败 < 0


这里通过 Windows 的网络调试助手和虚拟机中的 ubuntu 客户端程序进行通信，网络调试助手下载请点此处。


Windows 的网络调试助手作为 TCP 服务器，接收客户端的请求，调试助手配置如下：

技术分享


对于 TCP 客户端编程流程，有点类似于打电话过程：找个可以通话的手机（ socket() ） -> 拨通对方号码并确定对方是自己要找的人（ connect() ） -> 主动聊天（ send() 或 write() ） -> 或者，接收对方的回话（ recv() 或 read() ） -> 通信结束后，双方说再见挂电话（ close() ）。


虚拟机中 ubuntu 的 TCP 客户端程序代码：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
	unsigned short port = 8080;        		// 服务器的端口号
	char *server_ip = "10.221.20.10";    	// 服务器ip地址
	
	if( argc > 1 )		//函数传参，可以更改服务器的ip地址									
	{		
		server_ip = argv[1];
	}	
	if( argc > 2 )	   //函数传参，可以更改服务器的端口号									
	{
		port = atoi(argv[2]);
	}

	int sockfd;
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 创建通信端点：套接字
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
		exit(-1);
	}
	
	// 设置服务器地址结构体
	struct sockaddr_in server_addr;
	bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服务器地址
	server_addr.sin_family = AF_INET;	// IPv4
	server_addr.sin_port = htons(port);	// 端口
	inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);	// ip
	
	 // 主动连接服务器
	int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));     
	if(err_log != 0)
	{
		perror("connect");
		close(sockfd);
		exit(-1);
	}
	
	char send_buf[512] = {0};
	printf("send data to %s:%d\n",server_ip,port);
	while(1)
	{
		printf("send:");
		fgets(send_buf,sizeof(send_buf),stdin); // 输入内容
		send_buf[strlen(send_buf)-1]='\0';
		send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0);   // 向服务器发送信息
	}

	close(sockfd);
	
	return 0;
}

运行结果如下：

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对于客户端，也是可以接收数据，前提为，客户端先给服务器发送数据。

ssize_t recv(int sockfd, 

void *buf,            

size_t nbytes, 

int flags);

功能：

接收网络数据，默认的情况下，如果没有接收到数据，这个函数会阻塞，直到有数据到来。

参数：

sockfd：套接字

buf： 接收网络数据的缓冲区的地址

nbytes：接收缓冲区的大小（以字节为单位）

flags： 套接字标志（常为 0 ）

返回值：

成功：成功接收的字节数

失败 < 0


测试代码如下：

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
int main(int argc, char *argv[])
{
	unsigned short port = 8080;        		// 服务器的端口号
	char *server_ip = "10.221.20.10";    	// 服务器ip地址
	
	if( argc > 1 )		//函数传参，可以更改服务器的ip地址									
	{		
		server_ip = argv[1];
	}	
	if( argc > 2 )	   //函数传参，可以更改服务器的端口号									
	{
		port = atoi(argv[2]);
	}

	int sockfd;
	sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);// 创建通信端点：套接字
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
		exit(-1);
	}
	
	// 设置服务器地址结构体
	struct sockaddr_in server_addr;
	bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化服务器地址
	server_addr.sin_family = AF_INET;	// IPv4
	server_addr.sin_port = htons(port);	// 端口
	inet_pton(AF_INET, server_ip, &server_addr.sin_addr);	// ip
	
	 // 主动连接服务器
	int err_log = connect(sockfd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr));     
	if(err_log != 0)
	{
		perror("connect");
		close(sockfd);
		exit(-1);
	}
	
	
	printf("send data to %s:%d\n",server_ip,port);
	
	char send_buf[512] = "Hi, I am Mike.";
	send(sockfd, send_buf, strlen(send_buf), 0);   // 向服务器发送信息
	
	char recv_buf[512] = {0};
	recv(sockfd, recv_buf, sizeof(send_buf), 0); // 接收数据
	printf("recv_buf ========== %s\n", recv_buf);

	close(sockfd);
	
	return 0;
}

运行结果如下：

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TCP 服务器编程

做为 TCP 服务器需要具备的条件呢？

  • 具备一个可以确知的地址（ bind() ）：相当于我们要明确知道移动客服的号码，才能给他们电话;
  • 让操作系统知道是一个服务器，而不是客户端（ listen() ）：相当于移动的客服，他们主要的职责是被动接听用户电话，而不是主动打电话骚扰用户；
  • 等待连接的到来（ accept() ）：移动客服时刻等待着，来一个客户接听一个。

接收端使用 bind() 函数，来完成地址结构与 socket 套接字的绑定，这样 ip、port 就固定了，发送端即可发送数据给有明确地址( ip+port ) 的接收端。


int bind( int sockfd,

const struct sockaddr *myaddr，

socklen_t addrlen );

功能：

将本地协议地址与 sockfd 绑定，这样 ip、port 就固定了

参数：

sockfd：socket 套接字

myaddr： 指向特定协议的地址结构指针

addrlen：该地址结构的长度

返回值：

成功：返回 0

失败：-1


使用实例如下：

// 本地网络地址
struct sockaddr_in my_addr;
bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));	// 清空结构体内容
my_addr.sin_family = AF_INET;	// ipv4
my_addr.sin_port   = htons(port);	// 端口转换
my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 绑定网卡所有ip地址，INADDR_ANY为通配地址，值为0

printf("Binding server to port %d\n", port);
int err_log;
err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr)); // 绑定
if(err_log != 0)
{
	perror("bind");
	close(sockfd);		
	exit(-1);
}

int listen(int sockfd, int backlog);

功能：

将套接字由主动修改为被动，使操作系统为该套接字设置一个连接队列，用来记录所有连接到该套接字的连接。更详细说明，请看《connect()、listen()和accept()三者的关系》。

参数：

sockfd： socket监听套接字

backlog：连接队列的长度

返回值：

成功：返回0

失败：其他


int accept(  int sockfd,

struct sockaddr *cliaddr,          

socklen_t *addrlen );

功能：

从已连接队列中取出一个已经建立的连接，如果没有任何连接可用，则进入睡眠等待（阻塞）。更详细说明，请看《connect()、listen()和accept()三者的关系》。

参数：

sockfd： socket监听套接字

cliaddr： 用于存放客户端套接字地址结构

addrlen：套接字地址结构体长度的地址

返回值：

成功：已连接套接字。注意：返回的是一个已连接套接字，这个套接字代表当前这个连接

失败：< 0


对于 TCP 服务器编程流程，有点类似于接电话过程：找个可以通话的手机（socket() ） -> 插上电话卡固定一个号码（ bind() ） -> 职责为被动接听，给手机设置一个铃声来监听是否有来电（ listen() ） -> 有来电，确定双方的关系后，才真正接通不挂电话（ accept() ） -> 接听对方的诉说（ recv() ） -> 适当给些回话（ send() ）-> 通信结束后，双方说再见挂电话（ close() ）。


ubuntu 中的服务器代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>						
#include <unistd.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>				
int main(int argc, char *argv[])
{
	unsigned short port = 8080;	// 本地端口	
	if(argc > 1)						
	{
		port = atoi(argv[1]);
	}
	
	int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);   // 创建通信端点：套接字
	if(sockfd < 0)
	{
		perror("socket");
		exit(-1);
	}
	
	// 设置本地地址结构体
	struct sockaddr_in my_addr;
	bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));	// 清空    
	my_addr.sin_family = AF_INET;	// ipv4
	my_addr.sin_port   = htons(port);	// 端口
	my_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);	// ip
	
	// 绑定
	int err_log = bind(sockfd, (struct sockaddr*)&my_addr, sizeof(my_addr));
	if( err_log != 0)
	{
		perror("binding");
		close(sockfd);		
		exit(-1);
	}
	
	err_log = listen(sockfd, 10); // 监听，监听套接字改为被动
	if(err_log != 0)
	{
		perror("listen");
		close(sockfd);		
		exit(-1);
	}	
	
	printf("listen client @port=%d...\n",port);

	while(1)
	{	
	
		struct sockaddr_in client_addr;		   
		char cli_ip[INET_ADDRSTRLEN] = "";	   
		socklen_t cliaddr_len = sizeof(client_addr);    
		
		int connfd;
		// 等待连接
		connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &cliaddr_len);       
		if(connfd < 0)
		{
			perror("accept");
			continue;
		}

		inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, cli_ip, INET_ADDRSTRLEN);
		printf("----------------------------------------------\n");
		printf("client ip=%s,port=%d\n", cli_ip,ntohs(client_addr.sin_port));
		
		char recv_buf[512] = "";
		while( recv(connfd, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0) > 0 ) // 接收数据
		{
			printf("\nrecv data:\n");
			printf("%s\n",recv_buf);
		}
		
		close(connfd);     //关闭已连接套接字
		printf("client closed!\n");
	}
	
	close(sockfd);         //关闭监听套接字
	
	return 0;
}

Windows 的网络调试助手作为 TCP 客户端，给 ubuntu 中的服务器发送数据，运行结果如下：

技术分享


关闭连接：close()

使用 close() 函数即可关闭套接字，关闭一个代表已连接套接字将导致另一端接收到一个 0 长度的数据包，详情请看《 TCP 四次挥手》。


做服务器时

  • 关闭监听套接字（ socket()和listen()之后的套接字 ）将导致服务器无法接收新的连接，但不会影响已经建立的连接；
  • 关闭 accept()返回的已连接套接字将导致它所代表的连接被关闭，但不会影响服务器的监听（ socket()和listen()之后的套接字 ）。


做客户端时

关闭连接就是关闭连接，不意味着其他。


通常的情况下，是先关闭客户端，再关闭服务器，如果是先关闭服务器，立马启动服务器是，服务器绑定的端口不会立马释放（如下图），要过 1 分钟左右才会释放，为什么会这样的呢？请看《 TCP 四次挥手》。有没有方法让服务器每次启动都能立即成功？请看《端口复用》。



Linux 网络编程——TCP编程

标签：tcp   网络编程   cs   

原文地址：http://blog.csdn.net/tennysonsky/article/details/45599027
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