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标题: 编写一个简单的TCP服务端和客户端 [打印本页]

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作者: admin    时间: 2020-5-9 01:53
标题: 编写一个简单的TCP服务端和客户端

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

/ A: M" ?/ _$ ?7 A8 [" D) t2 t

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）

. e2 w% I5 Z. S) h

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等
  p4 T& o* }6 S0 I

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

4 a+ j/ _* r9 {2 Y

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

" Z! t# U4 N2 n

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

6 H5 c7 n* g6 W7 A- [/ T

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   : b: K* P# B4 l5 r! u3 }/ J
2. 
   
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

6 O, @0 v( b* g9 ]8 P% x    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

. e( X- v1 y( _$ G/ a    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。
2 k. N: f4 R9 h) ~$ m
0 A- v3 d. b( b5 e/ k  n7 i) [  K    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：
* r  W, W6 [$ |8 O

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   
2. 
   1 l$ l) |! M0 t, ]5 z
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
   
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。

$ g. f5 j% W2 ~) G* F' X6 k  P   
2 A1 I+ B% R9 u; q- M, @! P1 s3 f

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   , e9 [, ]% ~* l1 `/ M# m2 S0 g7 A
2.    
   0 @' {! i, D+ _4 o! b$ f5 ?
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   0 _2 H7 L2 X0 S" |$ L
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   
6. 
   
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   / k; O+ M, f: j( h# Z1 \  \% j
2. .....
   : Q% ^+ X! ^" Y' J
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   1 i, r) f2 @6 U0 D- M8 q' n
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   - h! e# u8 N) h0 s9 f
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   $ m* I/ @4 Y7 T+ ~
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   " A- u7 i/ v+ j2 B( d% W5 W. y7 ~  a
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    % d% D3 E" y" H+ C
11. recv(s,...);
    ) I) o  F2 P+ k' P& t
12. }
    
13. //do something here
    
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   0 _/ O$ z  D+ v* D4 j% y( `# z1 e
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   ! f: `# T" E. S  C1 }: _7 ?
4. 
   ; U2 T: @( W* _! {$ k* I8 v
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   4 g* m. l. E' U3 g1 M
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   . J' w& P# a- u0 Y
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

5 ~3 w& b4 t( c+ v+ J

使用select函数的过程一般是：

    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   / n6 h( ~3 |1 _  U* r
4. #include <string.h>
   0 i4 a" G/ y6 j; J) H& S5 \+ A7 U
5. #include <unistd.h>
   : O" T' ~0 D$ X0 x) U
6. #include <arpa/inet.h>
   - `! n. o& k/ u5 t+ u8 i6 x0 m) g7 g0 _
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   8 e* `& j% `* Y. X
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    ! t% P: ~4 G6 M0 x" V3 ]
12. 
    , l5 p  y4 u; Z# L
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    , N$ ]% U; F- |1 k, p" @2 A, n  l# |
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    2 i2 c3 ?8 F; A* h, _  R( x
15. 
    
16. int main(){
    6 s7 B( L) t* e- f7 d* i- m
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    : E$ ^/ g" m) G
19.   char msgbuffer[256];
    5 P: z7 T* @6 ~. W) ?3 o" L! |6 j
20.    
    
21.   //创建套接字
    # D' l# A1 F  g. |3 @
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    + e4 u4 m5 \$ R
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    ( t( v3 i4 K# p
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    ! ~! \, q* v: `. g' E
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    ! t$ o# Q6 o. f* q" P. t
31.   
    
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    
35.    
    " `' Y. H4 I- `
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    
39.   
    
40.   while(1){
    
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    ) R7 C0 \6 s  p3 ~3 E! v0 V
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ! l$ D. d* Q  C7 D$ k7 E( O, N
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    - q$ X  T+ w% X+ z
45.       perror("ERROR");
    ' d3 T$ Q" X  ~. L0 U
46.    
    & c, P& N" @: X) V  E. P( X
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    # J% {0 a) H; W' I" V' F2 ?
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    . k1 B; Y; |- `' Z6 M
51.     usleep(500000);
    6 _/ F6 ^2 m) m
52.   }
    : c! [# w, r6 V, k2 j
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   6 m' Q+ j0 E" o% u" K
2. #include <stdio.h>
   1 D& Q6 S1 z/ ?' y! m  [
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   9 \' s+ U* V7 C: @. `
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   1 b) y5 V0 g0 Y+ w6 Z
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   : [" H) G. Y% ^6 x5 ?8 h
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    - ~3 p' g: p  b7 ?% u$ [
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    $ D/ R& \! m5 T6 D" w4 t
14. int main(){
    3 N+ a0 {0 O7 n6 k- }2 r0 d
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
      ]; |0 ?" V& a+ w0 d! p6 d- T# s
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    8 e% c6 B1 R6 s9 }% J7 V, T* Z
22.   //创建套接字
    
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    2 k6 _0 R" a9 g2 G, X( p( p* n* }
26. 
    $ s* j$ ^, D( H# H& O: Q
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    4 Z  O5 |  j" y2 V& T, o" i0 t
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    3 [9 E# N& B$ r& y1 h
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    $ L& p( X) X/ Q+ {' ?1 Y; D2 _
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    * Y! j+ j* _- `& ?
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    $ U$ d% G; Q6 I5 q
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    + `8 v1 |, ]2 e) I. p- y
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
    3 g2 t  F: s; p0 G) m' l" _9 ^
47.     FD_ZERO(&fds);
    5 T% R& H% z3 ]+ J% N( G' `, p
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    / L  Z$ W: M- P8 q
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
52.       if(is_connected[fd])
    + W& W5 v' J1 z% R: N1 k9 l* |, C
53.         FD_SET(fd,&fds);
    + V5 q; ?+ _! g# q& n
54. 
    ! T8 `3 r$ T6 c  m( ?9 H5 @
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    ! z( z4 l) F* o/ L
58. 
    : O- G* R% l+ h7 x7 G+ [, \' u
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    / d! o1 N2 o. c# q; s7 _
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    1 H+ d+ A) `4 ~) t4 y0 G
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    1 s# q$ h% M4 J7 o# E1 `
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    ! l4 X$ W* `1 w) P4 |6 e0 _
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    5 ~! U9 _1 k+ o5 Z
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    ! h) R  c5 u" z
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    , F* _7 Y6 e# @/ Y/ Z1 L( x
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    $ w" g) I2 r3 A- o
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    ' x9 R+ F, d2 k8 f; V) k" ?
73.              close(fd);
    9 `* ]1 s% y# A( g7 w
74.              printf("close connected\n");
    - U: l! y& ~7 `; p( f, i
75.           }
    
76.         }
    
77.       }
    
78.     }
    " D+ v1 t4 ?# h. s0 B$ }
79.   }
    
80. }

复制代码

3 O9 Q# V/ G2 J) ]$ L* M$ }) X- k" v
8 V* c* B; B0 m4 [' B+ f2 v5 |
: R# ?; C; Q- z/ k1 _9 m: A

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