Linux下基于TCP的简易文件传输（socket编程）

  • OSI和TCP/IP：
  • 关于TCP/IP协议
  • 关于TCP协议
    • TCP编程的一般步骤[^2]
  • TCP文件传输实现
    • 功能概述
      • 服务器编程
      • 客户端编程
      • 运行结果
  • 总结
    • 遇到的问题
      • 服务器编程

OSI和TCP/IP：

OSI 模型本身不是网络体系结构的全部内容,它并未确切地描述用于各层的协议和服务,仅提出每一层应该做什么。不过OSI 已经为各层制定了标准,但并不是参考模型的一部分,而作为单独的国际标准公布的。
TCP/IP 是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet 网络体系结构以TCP/IP 为核心。基于TCP/IP 的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际互联层、传输层（主机到主机）、和应用层。

关于TCP/IP协议

TCP/IP是一个网络通信模型，以及一整个网络传输协议家族，是网际网络的基础通信架构。因为该协议家族的两个核心协议：TCP（传输控制协议）和IP（网际协议），为该家族中最早通过的标准。故此它常被通称为TCP/IP协议族（TCP/IP Protocol Suite），简称TCP/IP。

一. TCP/IP模型 ：TCP/IP 是一组用于实现网络互连的通信协议。Internet 网络体系结构以 TCP/IP 为核心。基于TCP/IP 的参考模型将协议分成四个层次，它们分别是：网络访问层、网际互联层、传输层（主机到主机）、和应用层。

  1. 应用层
    应用层对应于 OSI 参考模型的高层，为用户提供所需要的各种服务，例如：FTP、Telnet、DNS、SMTP 等。
  2. 传输层
    传输层对应于 OSI 参考模型的传输层，为应用层实体提供端到端的通信功能，保证了数据包的顺序传送及数据的完整性。该层定义了两个主要的协议：传输控制协议（TCP）和用户数据协议（UDP)。TCP 协议提供的是一种可靠的、通过“三次握手”来连接的数据传输服务；而 UDP 协议提供的则是不保证可靠的（并不是不可靠）、无连接的数据传输服务.
  3. 网际互联层网际互联层对应于 OSI 参考模型的网络层，主要解决主机到主机的通信问题。它所包含的协议设计数据包在整个网络上的逻辑传输。注重重新赋予主机一个 IP 地址来完成对主机的寻址，它还负责数据包在多种网络中的路由。该层有三个主要协议：网际协议（IP）、互联网组管理协议（IGMP）和互联网控制报文协议（ICMP）。IP 协议是网际互联层最重要的协议，它提供的是一个可靠、无连接的数据报传递服务。
  4. 网络接口层（即主机-网络层）
    网络接入层与 OSI 参考模型中的物理层和数据链路层相对应。它负责监视数据在主机和网络之间的交换。事实上，TCP/IP 本身并未定义该层的协议，而由参与互连的各网络使用自己的物理层和数据链路层协议，然后与 TCP/IP 的网络接入层进行连接。地址解析协议（ARP）工作在此层，即 OSI 参考模型的数据链路层；

二. IP协议 ：IP(Internet Protocol)协议是 TCP/IP 的核心协议。IP 协议(Internet Protocol)又称互联网协议，是支持网间互连的数据报协议。它提供网间连接的完善功能， 包括 IP 数据报规定互连网络范围内的 IP 地址格式。
目前的 IP 地址（IPv4：IP 第 4 版本）由 32 个二进制位表示，每 8 位二进制数为一个整数，中间由小数点间隔，如 159.226.41.98，整个 IP 地址空间有 4 组 8 位二进制数，由表示主机所在的网络的地址以及主机在该网络中的标识共同组成，它通常被分为A,B,C,D,E五类，其中商业应用只用到A,B,C三类1。

关于TCP协议

(1)TCP（传输控制协议）
TCP 是一种可靠的面向连接的传送服务。主机交换数据必须首先建立连接，传输完毕后断开连
接。它用位流通信，即数据被作为无结构的字节流。它提供反馈重发机制，从而保证数据的可靠传
输。
(2)三次握手
TCP 连接建立是一个三次握手过程，三次握手的目的是使数据的发送和接收同步。TCP 连接过程
如下图所示：
TCP 连接过程如下：

  1. 服务器必须准备好接受外来的连接。通过调用 socket, bind, listen 函数完成。称为被动打开。
  2. 客户通过调用 connect 进行主动打开。这引起客户 TCP 发送一个 SYN 分节，告诉服务器客户将在
    连接中发送的数据的初始序列号。
  3. 服务器必须确认客户的 SYN，同时自己也得发送一个 SYN 分节。服务器以单个分节向客户发送
    SYN 和对客户的 SYN 的 ACK。
  4. 客户必须确认服务器的 SYN。

TCP编程的一般步骤2

TCP编程的服务器端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt(); * 可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();
　　4、开启监听，用函数listen()；
　　5、接收客户端上来的连接，用函数accept()；
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
　　7、关闭网络连接；
　　8、关闭监听；

TCP编程的客户端一般步骤是：
　　1、创建一个socket，用函数socket()；
　　2、设置socket属性，用函数setsockopt();* 可选
　　3、绑定IP地址、端口等信息到socket上，用函数bind();* 可选
　　4、设置要连接的对方的IP地址和端口等属性；
　　5、连接服务器，用函数connect()；
　　6、收发数据，用函数send()和recv()，或者read()和write();
　　7、关闭网络连接；

TCP文件传输实现

功能概述

利用socket编程基础实现一个基础的文件传输程序，可以在不同设备之间传输文件，视频，图片，音乐等内容。

服务器编程


#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include <ctype.h>
#include <sys/stat.h>#pragma comment (lib, "ws2_32.lib") //加载 ws2_32.dll
#define SERVER_PORT 8000 //监听本机8000端口
#define MAX 4096
#define BUF_SIZE 10240void empty_stdin() {int c;do {c = getchar();} while (c != '\n' && c != EOF);
}int main(void)
{struct sockaddr_in serveraddr,clientaddr;int sockfd,addrlen,confd,len;char ipstr[128];char buf[16];pid_t pid;//1.socketsockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//2.bindbzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));//地址族协议ipv4serveraddr.sin_family = AF_INET;//ip地址serveraddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);bind(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr));//3.listenlisten(sockfd,20);//128作为可同时链接的数量上线//4. accept阻塞监听客户端的链接请求addrlen = sizeof(clientaddr);confd = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrlen);//如果有客户端连接上服务器，就输出客户端的ip地址和端口号printf("client ip %s\tport %d\n",inet_ntop(AF_INET,(struct sockaddr *)&clientaddr.sin_addr.s_addr,ipstr,sizeof(ipstr)),ntohs(clientaddr.sin_port));int flag=1;while(flag){char fdownload[100] = {0};recv(confd,fdownload,100,0);//接收客户端的下载请求获得文件名if(!strcmp(fdownload,"quit")) break;//客户端输入quit退出程序  else{FILE *fp = fopen(fdownload, "rb"); //以二进制方式打开文件if(fp == NULL){printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");break;}struct stat statbuf; //这三行代码获得文件的大小，得到文件字节数stat(fdownload,&statbuf);int size=statbuf.st_size;char t[20];printf("%d \n",size);//文件大小sprintf(t,"%d",size);//转换整数到字符型数据//printf("start transfer\n");send(confd,t,20,0);//把文件大小发给客户端char buffer[BUF_SIZE] = {0}; //缓冲区long nCount,mc=0;long si,sj,m,c;recv(confd,t,4,0);//获得开始传输指令if(t[0]=='o'){printf("start transfer\n");
/*一下内容开始发送文件内容 ，因为文件大小会超出发送缓冲区大小，因此在这里循环调用send()函数进行发送，每一次发送nCount个字节，传输缓冲区这里设置为10240（并不合理，但不想花脑子想这个问题）*/while( (nCount = fread(buffer, 1, BUF_SIZE, fp)) > 0 ){mc=mc+nCount;si=mc*30/size;//这里开始计算传输比例，式字计算顺序不能更改，否则出现数据溢出，而产生错误。m=si-sj;printf("%*s|%d%%",30-si,"",(mc*100/size));//在固定位置打印百分数printf("\r\033["); //退格for(int t=0;t<si+1;t++){printf(">");setbuf(stdout, NULL);}send(confd, buffer, nCount, 0);sj=si;}printf("transfer success!\n");fclose(fp);}}}close(confd);//close(sockfd);return 0;
}

客户端编程

#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/stat.h>
#include <ctype.h>
#include <stdlib.h>#define HELLO_WORLD_SERVER_PORT       6666
#define BUFFER_SIZE                   1024
#define FILE_NAME_MAX_SIZE            512
#define BUF_SIZE 10240  #define SERVER_PORT 8000
#define MAXLINE 4096int main(void)
{struct sockaddr_in serveraddr;int confd,len;char ipstr[] = "192.168.1.100";//这是服务器的地址，使用ifconfig来查看char buf[MAXLINE];//1.创建一个socketconfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//2.初始化服务器地址，指明我要连接哪个服务器bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));serveraddr.sin_family = AF_INET;inet_pton(AF_INET,ipstr,&serveraddr.sin_addr.s_addr);serveraddr.sin_port = htons(SERVER_PORT);//3.链接服务器connect(confd,(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr));int flag=1,size;char t[20];memset(&t,0,sizeof(t));while(flag){char fdownload[100] = {0};printf("Input filename to download: ");gets(fdownload);if(!strcmp(fdownload,"quit")) break;send(confd,fdownload,100,0);char filename[100] = {0}; //文件名len=recv(confd,t,20,0);size=atoi(t);double sizel;sizel=size/1048576.0;printf("filesize; %.2f MB\n ",sizel);printf("Input filename to save: ");gets(filename);if(!strcmp(filename,"quit")) break;else{FILE *fp = fopen(filename, "wb"); //以二进制方式打开（创建）文件if(fp == NULL){printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");break;}send(confd,"o",4,0);char buffer[BUF_SIZE] = {0}; //文件缓冲区long nCount,mc=0;long si,sj,m,c;printf("Start receive!\n");while( (nCount = recv(confd, buffer, BUF_SIZE, 0)) > 0 ){mc=mc+nCount;si=mc*30/size;m=si-sj;printf("%*s|%d%%",30-si,"",(mc*100/size));printf("\r\033["); //退格for(int t=0;t<si+1;t++){printf(">");setbuf(stdout, NULL);}fwrite(buffer, nCount, 1, fp);if(mc==size) break;}printf("Transfer success!\n");fclose(fp);}}
close(confd);
return 0;
}

运行结果


手机客户端传输截图，手机端安装"手机CAPP"app即可运行客户端程序：

总结

遇到的问题

服务器编程

  1. 进度条不在传输过程中打印：在客户端发送数据时进度条不打印，只在传输结束以后才打印一串进度条符号
    原因：C语言的标准输入输出函数都具有一个输入输出缓冲区，一般来说，只有在遇到“\n”或者缓冲区满的条件下才输出缓冲区的数据，在打印进度条的时候没有进行回车，所以再这一过程printf是不会输出数据的，只有在结束以后遇到回车才输出
    解决：把输入缓冲区大小设置为零，这么一来可以加快打印效率。如果在windows下面可以使用fflush来清空缓冲区使得数据及时输出。

  1. 关于IP地址的更多信息 ↩︎

  2. 这部分来自这位博主的博客 ↩︎

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