第24课-TCP通讯程序设计

24.1 TCP编程模型函数化

这里面我们用到的框架就是上一节课的框架。即我们需要有服务器的搭建还要有客户机的搭建。执行的步骤如下：

服务器：创建socket（socket），绑定地址（bind），监听端口（listen），等待连接（accept），发/ 收数据（send/receive），结束连接（close）。

客户机：创建socket（socket），连接服务器（connet），发/收数据（send/receive），结束连接（close）。

以上一共有有8个函数，下面一一介绍：

1. 创建套接字

（1）函数名

socket()

（2）函数原型

int socket(int domain, int type, int protocol);

（3）函数功能

创建一个套接字

（4）包含的头文件

#include<sys/socket.h>

（5）返回值

成功：返回文件（套接字）描述符；

失败：-1

（6）参数说明

domain：确定通讯特性。

AF_INET（IPv4因特网域）；

AF_INET6（IPv6因特网域）；

AF_UNIX（UNIX域）；

AF_UNSPEC（未指定）。

type：确定套接字的类型。

SOCK_DGRAM（长度固定的、无连接的不可靠报文传递）；

SOCK_RAW（IP协议的数据报接口，POSIX.1中为可选）；

SOCK_SEQPACKET（长度固定、有序、可靠的面向连接报文传递）；

SOCK_STREAM（有序、可靠、双向的面向连接字节流）。

protocol：通常是0，表示按照参数domain和type确定通讯协议。

2. 绑定地址

（1）函数名

bind()

（2）函数原型

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);

（3）函数功能

降地址绑定到一个套接字。

（4）包含的头文件

#include<sys/socket.h>

（5）返回值

成功：0；

失败：-1

（6）参数说明

sockfd：套接字的fd

addr：绑定的地址

len：绑定的地址长度

我们将结构体列出来：

struct sockaddr

{

sa_family_t   sa_family;

char         sa_data[14];

}

这是一个通用的地址类型（ipv4和ipv6），第一个成员表示协议族的地址类型，第二个成员表示具体的地址的值。但是我们平时用到的地址都是ipv4的，要在上述的结构上进行一定的演化：

struct sockaddr_in

{

short int            sin_family;

unsigned short int    sin_port;

struct in_addr        sin_addr;

unsigned char        sin_zero[8];

}

struct in_addr

{

unsigned long s_addr;

}

为了区分这两种方式的区别，我们用表格表示：

协议族		协议族（AF_INET）
地址（14字节）		端口号（2字节）
		IP地址（4字节）
		填充（8字节）

注：我们生活中用到的ip地址是类似于192.168.1.1这样的，但是我们我们程序中的ip地址却是整型的，所以需要一定的转换。我们提供下面两个函数:

l  in_addr_t inet_addr(const char *cp)

功能：将字符串形式的IP地址转化为整数型的IP地址（网络字节序）

范例：in_addr.saddr = inet_addr(“192.168.1.1”);

l  char *inet_ntoa(struct in_addr)

功能：将整数形式的Ip地址转化为字符串形式的IP地址。

3. 设置监听端口

（1）函数名

listen()

（2）函数原型

int listen(int sockfd, int backlog);

（3）函数功能

宣告可以接受连接请求。

（4）包含的头文件

#include<sys/socket.h>

（5）返回值

成功：0；

失败：-1

（6）参数说明

sockfd：套接字的fd

backlog：提供一个提示，用于表示该进程所需要入队的连接请求数量。其实际值由系统决定。

4. 等待连接

（1）函数名

accept()

（2）函数原型

int accept(int sockfd, struct sockaddr *restrict addr, socklen_t *restrict len);

（3）函数功能

一旦服务器调用了listen，套接字就能就收连接请求。使用函数accept获得连接请求并建立连接。没有客户机连接会是服务器发生阻塞。

（4）包含的头文件

#include<sys/socket.h>

（5）返回值

成功：文件（连接字）描述符；一个新的文件描述符，以后操作用的都是它。

失败：-1

（6）参数说明

sockfd：文件（连接字）描述符；

addr：将客户机的地址记录在这里；

len：地址的长度

5. 发送数据

（1）函数名

send()

（2）函数原型

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t nbytes, int flags);

（3）函数功能

它和write很像，但是可以指定标志来改变处理传输数据的方式。使用send时套接字必须是已经连接的。

（4）包含的头文件

#include<sys/socket.h>

（5）返回值

成功：返回发送的字节数；

失败：-1

（6）参数说明

sockfd：套接字的fd，是使用了accept建立连接后返回的fd；

buf：发送的数据存放的位置

nbytes：发送数据的长度

flags：标志，若是不用设为0；包括如下的符号:

MSG_DONTROUTE：勿将数据路由出本地网络

MSG_DONTWAIT：允许非阻塞操作（等价于O_NONBLOCK）

MSG_EOR：如果协议支持，此为记录结束

MSG_OOB：如果协议支持，发送带外数据

6. 接收数据

（1）函数名

recv()

（2）函数原型

ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t nbytes, int flags);

（3）函数功能

它和read很像，但是允许指定选项来控制如何接收数据。

（4）包含的头文件

#include<sys/socket.h>

（5）返回值

成功：以字节计数的消息长度，若无可用消息或对方已经按序结束则返回0；

失败：-1

（6）参数说明

sockfd：套接字的fd，是使用了accept建立连接后返回的fd；

buf：接收的数据存放的位置

nbytes：接收数据的长度

flags：标志；

7. 关闭连接

close(sockfd)，和文件的关闭函数是一样的。

8. 连接服务器

（1）函数名

connect()

（2）函数原型

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t len);

（3）函数功能

如果处理的是面向连接的网络服务（SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKET），在开始交换数据以前，需要在请求服务的进程套接字（客户端）和提供服务的进程套接字（服务器）之间建立一个连接。这就是connect函数的作用。

（4）包含的头文件

#include<sys/socket.h>

（5）返回值

成功：0；

失败：-1

（6）参数说明、

sockfd：客户机上创建的套接字的fd；

addr：服务器的地址；

len：地址的长度。

24.2 网络字节序

大端字节序（big-endian）：不按照内存的增长方向，高位数据存储于低位内存中。

小端字节序（little-endian）：按照内存的增长方向，高位数据存储于高位内存中。

在两个主机A和B之间通讯是，若是两个主机一个是大端通讯一个是小端通讯，就会使得发送的字节顺序颠倒。这就需要网络字节序的使用，它实际就是一个在通讯过程中对主机大小端的一个规定。网络字节序对应的都是大端模式的，发送端若是小端模式的我们就要先将它转化成大端模式。

但是对于接收端，我们对它的存储就要看接收方到底是什么模式的。若是大端模式，就按大端模式存储；若是小端模式，就按小端模式存储。

在linux系统中，提供了四个函数进行网络字节序的转换，如下:

1. uint32_t htonl(uint32_t hostlong);

将32位的数据从主机字节序转换为网络字

in_addr.saddr = htonl(INADDR_AN

2. uint16_t htons(uint16_t hostshort);

将16位的数据从主机字节序转换为网络字节序

3. uint32_t ntohl(uint32_t netlong);

将32位的数据从网络字节序转换为主机字节序

1. 4.  uint16_t ntohs(uint16_t netshort);

将16位的数据从网络字节序转换为主机字节序

24.3 实例编写

TCP通讯程序设计

tcp_server.c

#include<sys/socket.h>

#include<stdio.h>

#include<string.h>  //字符串头文件

#include<netinet/in.h>  //地址的头文件

#define portnum 3333

int main()

{

int sockfd;

int new_fd;

char buffer[128];//定义存储数据的字节

int nbyte;//接收到的字符串的长度

int sin_size;

struct sockaddr_in server_addr;

struct sockaddr_in client_addr;

//1.创建套接字

if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)

{

printf("creat socket error!\n");

exit(1);

}

//2.1 设置要绑定的地址

bzero(&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in));//清零

server_addr.sin_family = AF_INET;  //网络协议

server_addr.sin_port = htons(portnum);  //端口，超过两个字节就要转换

server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//表示任意地址，超过两个字节就要转换

//2.2 绑定地址

bind(sockfd, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(struct sockaddr));//表示指针的强制转换

//3.监听端口

listen(sockfd, 5);

while(1)

{

//4.等待连接

sin_size = sizeof(struct sockaddr);

new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)(&client_addr), &sin_size);

printf("server get connection from %s\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr));//取客户机的ip地址，并且将整型地址转换成字符串地址

//5.接收数据

nbyte = recv(new_fd,buffer,128,0);

buffer[nbyte] = '\0';//字符串的结束符

printf("server received: %s \n",buffer);

//6.结束连接

close(new_fd);

}

close(sockfd);

return 0;

}

tcp_client.c

#include<sys/socket.h>

#include<stdio.h>

#include<string.h>  //字符串头文件

#include<netinet/in.h>  //地址的头文件

#define portnum 333  //不用分号

int main()

{

int sockfd;

char buffer[128];//保存我们输入的数据

struct sockaddr_in server_addr;

//1.创建套接字

if((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)

{

printf("creat socket error!\n");

exit(1);

}

//2.1 设置要连接的服务器的地址

bzero(&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in));//清零

server_addr.sin_family = AF_INET;  //网络协议

server_addr.sin_port = htons(portnum);  //端口，超过两个字节就要转换

server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.153.129");

//服务其地址理论应该是通过main函数传进来的，但是这里为了方便将它写死。

//2.2 连接服务器

if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(struct sockaddr)) == -1)

{

printf("connect error!\n");

exit(1);

}

//3. 发送数据到服务器

printf("please input char:\n");

fgets(buffer,128,stdin);

send(sockfd, buffer, strlen(buffer),0);

//4. 关键套接字

close(sockfd);

return 0;

}

运行：

用gcc编译好文件后，打开两个相同的终端，在一个中端里面运行./tcp_server，在另一个终端运行./tcp_client。在tcp_client终端输入的字符，在tcp_server能显示。