TCP编程基础

字数统计: 2.2k字   |   阅读时长≈ 10分

TCP编程

  • 函数调用流程图：

  • Socket创建函数：

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#include <sys/types,h>
#include <sys/socket.h>
int socket(int domain, int type, int protocol);
//参数:
//1. domain: AF_INET（ipv4） / AF_INETE6（ipv6） / AF_PACKET（原始套接字）
//2. type:
//SOCKSTREAM:流式套接字唯一对应于TCP
//SOCK-DGRAM: 数据报套接字,唯一对应着UDP
//SOCK_RAW: 原始套接字
//3. protocol:一般填0,前面参数AF_PACKET和SOCK_RAW需填网络协议
//4. 返回值：文件描述符，出错-1
  • 绑定函数：
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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen t addrlen);
//参数:
//sockfd:通过socket()函数拿到的fd
//addr: struct sockaddr的结构体变量的地址
//addrlen:地址长度

//第二个参数需传入类型：
struct sockaddr
{
    sa_family_t sa_family; // 2字节
	char sa data [14]; // 14字节
}；
//第二个参数实际传入类型，填充好后需强制转换成struct sockadd：
 struct sockaddr_in 
 {
     sa_family_t    sin_family; /* 网络族ipv4/ipv6 ,  AF_INET（ipv4） / AF_INETE6（ipv6） / AF_PACKET（原始套接字）*/
     in_port_t      sin_port;   /* 端口号网络（字节序） */
     struct in_addr sin_addr;   /* 32位ip（网络字节序）， 通过int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);得到*/
 };
//32位网络字节序ip结构体
struct in_addr 
{
    uint32_t s_addr;     /* address in network byte order */
};
  • 监听函数：
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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd, int backlog);
//参数:
//sockfd:通过socket()函数拿到的fd
//backlog: 同时允许几路客户端和服务器进行正在连接的过程(正在三次握手)一般填5, 测试得知, ARM最大为8,

//内核中服务器的套接字fd会维护2个链表:
//1·正在三次握手的的客户端链表(数量=2*backlog+1)，正在建立连接的客户端会消耗内存用于后面创建连接，因为每建立一个连接会消耗内存所以backlog个数有限制
//2,已经建立好连接的客户端链表(已经完成3次握手分配好了newfd)
  • 阻塞等待连接函数：
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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
//参数:
//sockfd:经过前面socket ()创建并通过bind(), listen ()设置过的。
//fdaddr和addrlen：成功是返回的新连接的客户端的信息，ip地址、端口号、网络族
//返回值：成功返回新连接客户端的文件描述符fd，错误返回-1
  • TCP Sevser创建示例：
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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERV_IP_ADDR "192.168.1.100"
#define SERV_PORT 9999

int main (int argv, char **argc)
{
    int fd;
    struct sockaddr_in sin = {0};

    /* 创建套接字 */
    fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建流式套接字，fd：套接字文件描述符
    if (fd < 0)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    /* 初始化 struct sockaddr_in */
    sin.sin_family = AF_INET; // 网络族
    sin.sin_port = htons(SERV_PORT); // 端口号转成网络字节序
#if 1
    sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR); // 将点斜式ip转成整形ip，内部自动转成网络字节序
#else
    if (inet_pton(AF_INET, SERV_IP_ADDR, (void *)&sin.sin_addr.s_addr) != 1) // 支持ipv4/ipv6
    {
        perror("inet_pton");
        exit(-1);
    }
#endif

    /* 绑定套接字 */
    if (bind(fd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0)  
    {
        perror("bind");
        exit(-1);
    }

    /* 把主动套接字变成被动套接字 */
    if (listen(fd, 5) < 0)
    {
        perror("listen");
        exit(-1);
    }

    /* 阻塞等待客户端链接请求 */
    int cfd;
    struct sockaddr_in cin;
    socklen_t clen = sizeof(cin);
    
    cfd = accept(fd, (struct sockaddr *)&cin, &clen); // 得到新连接的客户端信息
    if (cfd < 0) 
    {
        perror("accept");
        exit(-1);
    }
    char ipv4_addr[16];
	if (!inet_ntop(AF_INET, (void *)&cin.sin_addr, ipv4_addr, clen))
	{
		perror("inet_ntop");
		exit(-1);
	}
	printf("new client is connectde : %s:%d\n", ipv4_addr, htons(sin.sin_port));
    
    /* 读写套接字 */
    #define BUF_SIZE 1024
    int ret = -1;
    char buf[BUF_SIZE];

    while (1) 
    {
        bzero (buf, BUF_SIZE); // 数组清零
        do 
        {
            ret = read (cfd, buf, BUF_SIZE-1);
        } while (ret < 0 && EINTR == errno); // EINTR读文件被中断，继续读文件

        if (ret < 0) 
        {
            perror ("read");
            exit (-1);
        }

        if (0 == ret) //对方已经关闭，文件读完了到文件末尾了
        { 
            break;
        }
        printf ("Receive data : %s\n", buf);
        
        if (!strncasecmp(buf, "quit", 4)) // 不区分大小写的字符串比较
        {
  			printf("Client is exiting!\n");
            break;
        }

        if (write(cfd, buf, strlen(buf) + 1) < 0) //发送数据到客户端
        {
            perror ("write");
            exit (-1);
        }
    }
    
    close (cfd);
    close (fd);
 
    return 0;
}
  • 连接服务器函数
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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,
socklen t addrlen);
//参数:参数、返回值和bind()函数一模一样
//sockfd:通过socket()函数拿到的fd
//addr: struct sockaddr的结构体变量的地址
//addrlen:地址长度
  • TCP Client创建示例：
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#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <strings.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERV_IP_ADDR "192.168.1.100"
#define SERV_PORT 9999

int main (int argv, char **argc)
{
    int fd;
    struct sockaddr_in sin = {0};

    /* 创建套接字 */
    fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建流式套接字，fd：套接字文件描述符
    if (fd < 0)
    {
        perror("socket");
        exit(-1);
    }

    /* 初始化 struct sockaddr_in */
    sin.sin_family = AF_INET; // 网络族
    sin.sin_port = htons(SERV_PORT); // 端口号转成网络字节序
#if 1
    sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR); // 将点斜式ip转成整形ip，内部自动转成网络字节序
#else
    if (inet_pton(AF_INET, SERV_IP_ADDR, (void *)&sin.sin_addr.s_addr) != 1) // 支持ipv4/ipv6
    {
        perror("inet_pton");
        exit(-1);
    }
#endif

    /* 连接服务器 */
    if (connect(fd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0)
    {
        perror("bind");
        exit(-1);
 	}
    printf("conect sever success\n");

    /* 读写套接字 */
    #define BUF_SIZE 1024
    int ret = -1;
    char buf[BUF_SIZE];

    while (1)
    {
        bzero (buf, BUF_SIZE); // 数组清零
        if (fgets(buf, BUF_SIZE, stdin) < 0)
        {
                continue;
        }
        write(fd, buf, strlen(buf));

        if (!strncasecmp(buf, "quit", 4)) // 不区分大小写的字符串比较
        {
                printf("Client is exiting!\n");
                break;
        }
    }

    close (fd);

    return 0;
}

从上面的示例可以看出，服务器和客户端通信的时候读写的都是客户端创建的socket文件，服务器自己创建的socket文件只是由来等待被连接，连接后就用accept()返回的的客户端的socket文件通信。

运行结果：

小结：

上面的示例存在一个问题就是服务器只能连接一个客户端，连接到一个客户端后服务器就没有再阻塞等待新的客户端连接了，如果要实现一个服务端同时服务多个客户端的并发访问，需要用到io多路复用或者每个客户端服务器都创建一个线程或进程为新连接的客户端服务。

补充知识

使用ifconfig可以虚拟一个网卡并指定网卡ip地址：

  • 服务器监听任意ip加端口号

指定地址为0.0.0.0的地址，这样服务器程序的运行就不受机器网卡ip的限制。

1
sin.sin addr.s addr = htonl(INADDR_ANY); //INADDR_ANY代表任意ip地址，进程对所有网卡凡是从监听的端口号过来的数据都会收到

  • 服务器获取新连接的客户端ip地址
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#include <arpa/inet. h>
const char *inet_ntop(int af, const void *src,
char *dst, socklen t size):
//特点: 1.适应于IPV4和IPV6
//参数：
//2、能正确的处理-1的转换问题
//1, af:地址协议族(AF-INET或AF INET6)
//2. src:是一个指针(32位网络字节序的IP地址)
//3. dst:输出结果为点分形式的IP地址[主要指IPV4]
//4. 成功：非空指针，失败：NULL

补充知识：

  • UDP网络编程不同于文件io单独封装的函数

发送数据函数

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, sizet len, int flag);

#include <unistd.h>
ssize t write(int fd, const void *buf, size_t count);

// send()比write多一个参数flags:
// flags:
// 一般填写0,此时和write()作用一样
// 填MSG_DONTWAIT: 非阻塞版本
// 填MSG_00B: 用于发送TCP类型的带外数据(out-of-band)，异常数据

接收数据函数

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#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
ssize _t recv(int sockfd, void *buf, size t len, int flags);

#include <unistd.h>
ssize t read(int fd, void *buf, size t count);

// flags:
// 般填写0,此时和read()
// SG_DONTWAIT: 非阻塞版本
// SG_00B: 于发送TCP类型的带外数据(out-of-band)，异常数据
// MSG_PEEK: 可以成功读数据，但流的偏移量不会改变

MSG_PEEK方式读数据：常用在对一包数据进行协议长度检查，看是否已经接收到一包完整的数据，下次再调用recv（）读数据还是会读到和上次一样的数据，因为上次以MSG_PEEK方式读数据，文件描述符（流）的偏移量并没有改变。

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    1、请确保node版本大于6.2
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    3、在根目录_config.yml里添加配置： 

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