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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

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）
# k& D4 x  t+ m- k, x

4 s+ ~! V* M. D& Q
2 \* \- n+ {: k' P+ m* E" M

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

       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

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）

9 O& G7 C# o* u

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）

3 @4 a. h. R5 J+ ?1 x

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。

4 ^/ O0 Q  {' F

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>
   
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

. A8 J6 t8 c) Y4 E    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。

' q7 {) H! G* m5 {! m4 O    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)

    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。
! q: m3 R/ z" |
% d! m+ j: ]3 f) B* H    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：

' y* Y( q6 ~! |: S' J" Y' O# H

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. 
   
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。
8 c4 a4 }2 o8 o1 ~
   

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
   ( j+ L8 L; v  D2 F' K
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   + K4 {( w2 U9 o# u3 h
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   - a( y1 z- J$ X. m- g' r% l$ D/ _
6. 
   + z2 m/ b* ~* m4 U6 G0 U2 R
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;
   ! W4 C* W6 u- [" N. l) S( _5 q
2. .....
   
3. fd_set set;
   6 H5 h+ A. C7 @: t% r7 y$ g1 l& o8 x
4. while(1){
   * t# P3 y: s# \9 [, i2 `% l
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
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
   # B' l4 j* \, u& B, Y- ~! W2 B
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   3 c) ~4 m/ y$ ~& N6 R6 h: z
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   , C# S: X- J# t1 {
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
    5 N- x( C! G8 y
11. recv(s,...);
    
12. }
    
13. //do something here
    ; z) a8 Y5 ]+ K; Q# S& h/ i3 J
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。
   ( {$ g  G& ~( Y1 N2 p
2. 
   
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   
4. 
   
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   
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

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。。。
; m3 H6 z& _8 }  n! A7 a& A2 _

$ m7 O# s8 L# i0 i* x' m3 z1 y

客户端：

1. #include <time.h>
   6 E& B! F% P6 s
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   3 X( p- j4 @7 W/ C$ z/ H8 K
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   & p" ?$ i3 a- k$ o8 V
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   4 v- t/ Q, I" j; m$ W9 y7 l4 O
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    6 i- f) \- u, Y4 u& ]& \* f
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    # K9 D& f3 m/ b; A" T
15. 
    $ n/ n1 \3 G3 [$ S# V
16. int main(){
    
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    0 _- B* M8 Z9 D; Q7 ?, f& c  p
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    
21.   //创建套接字
    ( N# V3 v9 B% o) h8 o. p0 V
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    9 \  i, G" v* J
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ( b; Y9 G) t* H* M; ?6 V3 `
25. 
    
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));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    + E' f- ^, {2 L/ p( X5 X7 N1 t
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    5 D" s$ Y8 Z( C2 j
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    & x7 Z$ J' {% o8 a4 P6 L
32.   //向服务器发送请求
    
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    $ h4 c; y* T* V6 }2 e3 j/ U+ l
35.    
    ' D; v$ M% V% r: l& e
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);
    1 z- @/ X5 ?# j( t2 _2 G" x
39.   
    
40.   while(1){
    ! u0 I2 F# }) c7 G9 m5 _" w
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
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    $ R# q4 S6 ]/ |6 n) H5 A
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    9 ]' n1 Z0 i  [+ B
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ( C9 T1 M5 b0 c  [6 Z& n
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    % K, [' o8 k1 m3 ~% e
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    
52.   }
    
53. }

复制代码

; H  z, P5 z" K) Y7 L% @

服务端：

1. #include <time.h>
     S; r& Z6 i* l1 W, u, I. `  x
2. #include <stdio.h>
   % ~$ Q( t& ]+ u
3. #include <stdlib.h>
   ' t: O9 ~3 g* P6 [: Q
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   8 K1 u: G) M, M5 f- f
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ; J  f: b, f. j: R
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    , }1 E- H1 r2 z' l
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    9 v8 `8 t. g$ y) G" R! H
14. int main(){
    - v( [0 F6 `& Z& W! L4 ?% _' C
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    $ G- {$ U8 m2 a5 b5 ~
21.    
    
22.   //创建套接字
    2 F$ Q  m  T( f% Y
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    3 V  Z8 W% l) Q2 U( v! U) H5 z
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
26. 
    
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));
      a# b+ \* w0 H9 N/ O! t3 Y
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    2 J+ h: ^# Q  @% S( g8 G& I( t% P& f
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    
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
    
32.    
    3 g3 N" e* B2 [
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    4 x; Y# j9 Q2 e& n1 D7 E
37.   //开启端口监听
    & G4 g) b1 r* H( m- }
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
      {# p+ I4 W; b# Y: `, t  {3 u
41.   //默认所有fd没有被打开
    
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    9 X, u2 d1 T, x: j6 j! c
46.     //将服务端套接字加入集合中
    5 z8 f' O$ b7 _0 n: k/ r
47.     FD_ZERO(&fds);
    
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    9 }  U5 s8 e( t, }  x" N* y
49.      
    
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])
    
53.         FD_SET(fd,&fds);
    $ M2 a% k& h& Y6 ]; P" t
54. 
    7 G3 \* Q: y6 R3 Q! k" ]7 Z. ^. H
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
    3 b1 F5 Z8 r' p1 a
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    8 p. z0 d, ?) Z+ O! }* s6 X. h# ^
57.       continue;
    
58. 
    
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    ( R. L. k8 W$ k. W9 @9 g& ]
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    2 x; j! w& s6 h$ ~, H$ S; z
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    8 D( n) ^/ K# @. H# {' \
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    5 a2 d! w+ g: _# h  e; l# U
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    ! Z- s% G0 ]7 n' d: ?+ S
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
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    . o. t" m( b' r( q
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    * m1 a0 j4 K$ Y9 b7 V3 H) n. q
73.              close(fd);
    
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    ! \8 Q/ u5 O" s! w( M
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

$ O- M; ?2 V4 e' f, c


- o% T3 ^9 V: P( f: V

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