cncml手绘网

标题: 编写一个简单的TCP服务端和客户端 [打印本页]

---

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

/ c) ]; Q; k: E9 l( ~

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。
1 f# ~; v, @+ X3 t! u

     "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）

; I$ w3 q0 n3 E" g  ?

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
& ?2 X" J- A" k) p  ?

       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）

/ i* D$ e6 Z3 P* _8 k1 |; W% `

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）

4 C  L) k5 P7 Y8 }

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。

$ x; E$ k% W6 E3 t+ t4 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>
   
2. 
   . ], ]1 @5 C8 z
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。

    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)

4 O1 m  E+ ^7 ], R7 [% Q    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。

5 c9 E9 [5 U, U/ Q    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：
) O1 n  m9 p9 i$ u/ J4 X! C9 w% f

: i( W( a" s6 C) Z: l. Q  {

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. 
   / Q0 r- t' X: B/ Z' Q
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. 
   $ P7 O9 X& g, S6 ^: x  [. x
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。

   

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
   
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   
4. 
   
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   : }- g6 B% a' ?/ j3 @& L
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;
     q# H( e; \" |" F9 X! W
2. .....
   9 F9 \' M% G0 F; E* u
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   4 s  v) \9 o4 P& D; I
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
   
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,
   - q. p8 r5 n( R; V& u) b, Y, l) Y4 c2 P
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   6 E/ W% I8 t, V) m# A8 a8 A% B0 f
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    
11. recv(s,...);
    ( y( N  d( z6 {' L6 N) I! @# H. p
12. }
    ' N7 G) ~# B# I
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。
   
2. 
   2 Y5 S: u+ |5 y
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. 
   1 x- C7 K+ \% s2 m
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

6 s& t1 d& I1 X9 ]: {9 L  F* H

使用select函数的过程一般是：

2 \/ t4 }. W$ m. N4 ?# [$ S: L    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。。。

. T8 t1 ?9 t. ^) V$ ~/ f

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   : j1 m5 o( ~! B: q$ h9 o. s: @% [7 F: m
3. #include <stdlib.h>
   4 X& P( t2 ]8 u1 b$ A/ I
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   ! K2 Y2 k" E6 G% R# B; z6 b/ \8 x
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   ! F! b0 p- |+ J/ E$ P
10. #include <sys/types.h>
    - G3 Z% g% h: a' ]* s
11. #include <sys/socket.h>
    5 P; H' o. f% p1 _& J3 n5 }. F
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    / W/ y( D  D) P' L0 E( O: b
15. 
    
16. int main(){
      _' |/ ?7 T/ P
17.   int sockfd;
    3 S7 p: i: Y1 [9 U1 A  X4 _' X
18.   struct sockaddr_in addr;
    
19.   char msgbuffer[256];
    
20.    
    * E, Q4 ~2 E- n! k1 {* i1 }+ T
21.   //创建套接字
    5 o1 x& M3 R: v9 T
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    - ?: R, S, M7 S5 n
25. 
    / w9 }9 e: r! C0 R" T- r( b  W
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));
    ; N7 C+ J. Y: H8 c( z" T% f  E% @
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    # \) V3 n6 e4 z& g0 e
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    . B4 V$ c5 v$ W+ s
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    + K7 O5 q( H9 O* a0 f
31.   
    9 }3 u% p- i/ [  O1 Z- ?8 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");
    
35.    
    
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.   
    - M: ]1 R/ P+ R, E7 C' `
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
    . S$ L' O% u/ V4 W
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    6 T$ ^  g8 c5 Z7 n
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ) T5 V1 Z6 Y/ |& y7 y' I; _
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    
46.    
    : q4 p, }# Y+ w; x! \7 |
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    % |2 L4 }2 ~5 I' ~; U
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    + D3 L! ]0 }  k7 z3 M" R+ i
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    5 {* J5 C% y. }; C) U3 Q# y
50.    
    & \: y% h6 i  J; B9 ^
51.     usleep(500000);
    . |/ ^4 [' Q# q3 r( g$ F2 ^
52.   }
    
53. }

复制代码

1 L& n: ?! v% H! z1 N3 m

服务端：

1. #include <time.h>
   - i) n  U; \3 Q, j0 Z
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   $ z. n; K1 U: q, _$ p' u
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   ( N/ o3 O9 u0 ?6 U0 y5 c0 D
8. #include <sys/types.h>
   1 K9 X( @- C8 L
9. #include <sys/socket.h>
   7 d4 d; g( I6 z# h2 k& q
10. 
    / M* O! e, f7 W9 k* [
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    
14. int main(){
    ; M# {" b$ \6 B  h  o. l# ^
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    4 X* j5 B& O3 r# q2 t# N$ f/ `) g
16.   struct sockaddr_in addr;
    
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    * N: ?5 Q1 m1 f
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    , N1 i/ A- c/ D* F# ?" ^- _
21.    
    % S+ Q! n# O' [9 ~, J0 Y
22.   //创建套接字
    0 T1 M% g" ]$ O) B
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    3 [% r  b- F; }5 \5 \+ s0 \
24.   if(sockfd>=0)
    9 s2 m( J0 z9 c
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));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    1 Y& e: Y  U8 T" L
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.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    , t( l0 @9 A/ s/ j0 s( W
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    - S7 S( a" v# c) P- T* c2 w
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    6 ^$ s  x# ]7 ^& B, l
39.     printf("begin listenning...\n");
    
40. 
    
41.   //默认所有fd没有被打开
    6 S# h1 c  r! j# U# R" g% U7 E$ c
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    
44. 
    
45.   while(1){
    
46.     //将服务端套接字加入集合中
      F) q4 \8 L# R
47.     FD_ZERO(&fds);
    7 r  T  G1 t$ K$ y+ C
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    : @5 [) N8 k: I% d( M2 K# E
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    7 ~+ k+ w/ y3 G- E9 B% Z
52.       if(is_connected[fd])
    1 o/ C; ]& ^- u
53.         FD_SET(fd,&fds);
    # X0 F- t2 [; }& n3 w2 F& B1 I9 h( J
54. 
    
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
    . J6 ]" s0 K( n5 L
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    
57.       continue;
    
58. 
    ) v: I; b) E; P5 V  n$ o9 |
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    * y" G  \. Y5 b. I+ O( Q
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    5 }$ J, w  y4 s/ [. n+ L
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    / j1 O- ~) z& N4 B7 b' X4 `* j# Q
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
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
    * ?4 |+ {! H5 H# v
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){
    : A) O2 R  U/ |1 w4 @  @, N5 I4 I
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    ) A9 |1 S- ~8 j' u3 z  W0 ^
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
      m, w' X& n9 q- G2 O9 Q& m* _
73.              close(fd);
    2 U0 y- y+ S# M8 l) ~* g
74.              printf("close connected\n");
    ! J( ?3 [7 E$ {) A# u. {
75.           }
    & d6 [" E5 K, Y; T- V
76.         }
    
77.       }
    ' R. E& M- r. l7 V; S9 [
78.     }
    
79.   }
    
80. }

复制代码

3 v* w9 r2 i9 H
% ?( H6 ]$ T2 E. u& @* n


& i! I1 r6 V7 J$ ~- s+ l% ?
( {0 }: s7 a% e( U

---

欢迎光临 cncml手绘网 (http://bbs.cncml.com/)

Powered by Discuz! X3.2