Windows环境下用C语言实现CS模型（基于TCP协议）

本篇博客是用C语言实现基于Windows环境下的CS模型
最近在学习网络编程的相关知识，写下了这篇博客当随笔，如果你也在学习这方面的知识，希望可以帮到你；由于作者水平有限，如果本文中有不对的地方，欢迎在评论处指出。
服务端：
1.创建网络库并校验版本
2.创建socket函数
3.用bind函数绑定IP地址与端口号
4.用listen函数实现监听
5.用accept函数创建客户端链接
6.用recv函数与send函数与客户端收发数据
相比于服务端，客户端的程序较为简单：
客户端：
1.创建网络库并校验版本
2.创建socket函数
3.用connect函数连接服务器
4.用recv函数与send函数与服务器收发数据
下面介绍各个函数的使用方法：
1.打开网络库：
首先我们需要确定我们使用网络库的版本，然后调用WSAStartup函数。

 WORD wdVersion = MAKEWORD(2, 2);   //使用网络库的版本WSADATA wdSockMsg;                    //系统通过这个参数给我们一些配置信息int nRes = WSAStartup(wdVersion, &wdSockMsg);   //打开网络库//版本校验if (2 != HIBYTE(wdSockMsg.wVersion) || 2 != LOBYTE(wdSockMsg.wVersion)){//版本打开错误WSACleanup();        //关闭网络库return 0;}

2.socket函数：
整个网络传输底层的协议体系非常复杂，而socket函数将执行流程进行了封装，socket函数就是我们调用协议体系进行通信的接口。每个客户端与服务器各有一个socket，通信的时候需要socket做参数，和谁通信就传谁的socket。

SOCKET socketSever = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//创建服务器socket，这
//里第一个参数为IP地址类型(IPV4)，第二个参数是套接字类型，第三个参数是协议类型(TCP)

3.bind函数：
bind函数用于绑定socket与地址和端口号，在网络传输中，一台电脑向另一台电脑传输信息时，首先通过IP地址找到另一台电脑，然后通过端口号找到另一台电脑相应的应用（QQ、微信等）。

 struct sockaddr_in severMsg;severMsg.sin_family = AF_INET;                         //地址类型severMsg.sin_port = htons(12345);                        //端口号severMsg.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1"); //IP地址int bres = bind(socketSever, (const struct sockaddr*)&severMsg, sizeof(severMsg));

bind函数第一个参数是要绑定的socket(此处为服务器的socket)，第二个参数为一个结构体的地址，结构体中包含地址类型、IP地址和端口号，第三个参数为参数2类型的大小。在这里我们需要强调参数2，在bind函数原型中用的是struct sockaddr结构体，但是struct sockaddr结构体赋值地址类型、IP地址和端口号极为不便，因此我们首先用struct sockaddr_in结构体分别赋值参数，然后将其强制类型转换为bind函数需要的类型。
在这里关于自己电脑端口号的问题：理论上我们电脑的端口号为0~65535，其中0-1024位系统预留端口号，我们不能使用，因此我们能使用的端口号通常较大，在这里为大家介绍两个函数如下：

netstat -ano                     //自己电脑已经被使用的端口号
netstat -ano|findstr "端口号"    //查看某一个端口号是否被占用

使用方法：打开命令行窗口（win+R -> cmd），输入上面函数测试即可。
关于使用的IP地址，如果是两台电脑，这里服务器和客户端的IP地址都绑定服务器的IP地址就可以，但是限于硬件的限制，我们如果在同一台电脑上实验的话直接填“127.0.0.1”就可以，它是本地回环地址，用于本地网络测试。
4.listen函数（开始监听）：
listen函数监听是否有客户端请求连接。

int a = listen(socketSever, SOMAXCONN);

参数1为socket，因为是服务器监听连接，所以绑定的是服务器的socket。参数2为请求等待队列的长度（如果一次有很多客户端请求连接服务器，服务器无法一次性处理全部请求就会将请求的信息加入一个队列，而第二个参数就是这个队列的长度），如果没有特殊情况，我们将第二个参数设置为SOMAXCONN即可，代表在系统允许的情况下将这个队列设置为最大。
5.accept函数：
accept函数允许在套接字上进行传入连接尝试。
listen函数监听客户端传来的连接，accept将客户端的信息绑定到一个socket上，也就是为客户创建一个socket，通过返回值返回给我们客户端的socket。当程序运行到accept函数处时会阻塞等待客户端传来的连接。一个accept函数只能接收来自一个客户端的连接。

 struct sockaddr_in clientMsg;int len = sizeof(clientMsg);SOCKET socketClient = accept(socketSever, (struct sockaddr *)&clientMsg, &len);

accept函数第一个参数是服务器的socket，第二个参数和bind第二个参数格式类似，它用来将服务器的socket信息与第二个参数绑定，通过返回值返回给我们客户端的socket。
通过上面的步骤，只要服务器接收到客户端的连接，就会和客户端连接成功，下面我们通过recv与send函数与客户端实现收发信息。
6.send函数：
send函数用于向目标发送数据，它函数将我们的数据赋值粘贴进系统的协议发送缓冲区，计算机伺机发送出去（最大传输单元是1500字节）。

int send_a = send(socketClient, "I am sever, I have received your require;", sizeof("I am sever, I have received your require;"), 0);

第一个参数是对方（客户端）的socket；第二个参数是给对方发送的字符串，一般将其放在数组中；第三个参数是想要发送的字节的个数，第四个参数填0就OK。
7.recv函数：
得到指定客户端发来的消息；数据的接收都是由协议本身做的，也就是socket的底层做的，系统会有一段缓冲区，存储着接收到的数据。咱们外边调用的recv作用就是通过socket找到这个缓冲区，并把数据复制进参数2中。

     //接收函数char buf[1500] = { 0 };int res = recv(socketClient, buf, 1499, 0);

recv函数第一个参数是对方的socket；第二个参数是一个字符数组，用于存储接收到的消息；第三个参数是想要读取的字节数，一般是参数字节数减1；第四个参数填0就OK。
8.connect函数
连接服务器并把服务器信息与服务器socket绑定在一起。

 struct sockaddr_in si;si.sin_family = AF_INET;si.sin_port = htons(12345);si.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");int connect_a = connect(socketSever, (const struct sockaddr*)&si, sizeof(si));

connect函数的第一个参数为服务器的socket，第二个参数与bind函数的第二个参数类似，sockaddr结构体存储的地址类型、IP地址和端口号都是服务器的信息。
至此网络通信所用到的函数介绍完毕，下面我们附上完整的通信代码：

//服务端程序
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
#include<WinSock2.h>
#include<string.h>int main()
{WORD wdVersion = MAKEWORD(2, 2);  //使用网络库的版本WSADATA wdSockMsg;                    //系统通过这个参数给我们一些配置信息int nRes = WSAStartup(wdVersion, &wdSockMsg);   //打开/启动网络库，只有启动了这个库，库里的函数才能使用if (0 != nRes)      //如果打开网络库出错{switch (nRes){case WSASYSNOTREADY:printf("可以重启电脑，或检查网络库");break;case WSAVERNOTSUPPORTED:printf("请更新网络库");break;case WSAEINPROGRESS:printf("Please reboot this software");break;case WSAEPROCLIM:printf("请关闭不必要的软件，以为当前网络提供充足资源");break;case WSAEFAULT:printf("参数错误");break;}}//版本校验if (2 != HIBYTE(wdSockMsg.wVersion) || 2 != LOBYTE(wdSockMsg.wVersion))//LOBYTE是主，HIBYTE是副{//版本打开错误WSACleanup();            //关闭网络库return 0;}SOCKET socketSever = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);//第一个参数是地址类型(IPV4)，第二个参数是套接字类型，第三个参数是协议类型TCP//如果执行失败则返回INVALID_SOCKETif (INVALID_SOCKET == socketSever){//如果socket调用失败int a = WSAGetLastError();  //返回错误码WSACleanup();   //关闭网络库return 0;}struct sockaddr_in si;si.sin_family = AF_INET;si.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");si.sin_port = htons(12345);int bind_a = bind(socketSever, (struct sockaddr*)&si, sizeof(si));/*参数1：前面创建的socket参数2：是一个结构体sockaddr(包含地址类型、端口号和IP地址)地址，官方给出结构体sockaddr不方便赋值，因此我们定义sockaddr_in分别赋值地址类型、端口号和IP地址后，强制类型转换为sockaddr参数3：参数2类型的大小          */if (SOCKET_ERROR == bind_a){//bind函数出错int a = WSAGetLastError();      //获得错误码closesocket(socketSever);        //关闭socketWSACleanup();                 //关闭网络库return 0;}//开始监听int listen_a = listen(socketSever, SOMAXCONN);if (SOCKET_ERROR == listen_a){//listen函数出错int a = WSAGetLastError();           //获得错误码closesocket(socketSever);            //关闭socketWSACleanup();                     //关闭网络库return 0;}//创建客户端链接struct sockaddr_in clientMsg;int len = sizeof(clientMsg);SOCKET socketClient = accept(socketSever, (struct sockaddr*)&clientMsg, &len);//函数运行到accept函数会阻塞，等待客户端的连接if (INVALID_SOCKET == socketClient){//如果发生错误printf("客户端连接失败\n");int a = WSAGetLastError();        //返回错误码closesocket(socketSever);        //关闭socketWSACleanup();                 //关闭网络库return 0;}printf("客户端连接成功\n");while (1){char buf[1500] = { 0 };scanf("%s", buf);int send_a = send(socketClient, buf, 1499, 0);if (SOCKET_ERROR == send_a){//如果出错int a = WSAGetLastError();          //获得错误码}int recv_a = recv(socketClient, buf, 1499, 0);if (0 == recv_a){printf("连接中断，客户端下线\n");}else if (SOCKET_ERROR == recv_a){printf("sever_recv错误码：%d", WSAGetLastError());}else{printf("传输内容：%s\n", buf);}}closesocket(socketSever);                //关闭服务端socketclosesocket(socketClient);             //关闭客户端socketWSACleanup();                          //关闭网络库return 0;}

//客户端程序
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#define _WINSOCK_DEPRECATED_NO_WARNINGS
#include<stdio.h>
#include<WinSock2.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")int main()
{WORD wdVersion = MAKEWORD(2,2);       //使用的网络库版本WSADATA wdSockMsg;                    //系统通过这个参数给我们一些配置信息int nRes = WSAStartup(wdVersion, &wdSockMsg);if (0 != nRes){switch (nRes){case WSASYSNOTREADY:printf("可以重启电脑，或检查网络库");break;case WSAVERNOTSUPPORTED:printf("请更新网络库");break;case WSAEINPROGRESS:printf("Please reboot this software");break;case WSAEPROCLIM:printf("请关闭不必要的软件，以为当前网络提供充足资源");break;case WSAEFAULT:printf("参数错误");break;}return 0;}//版本校验if (2 != HIBYTE(wdSockMsg.wVersion) || 2 != LOBYTE(wdSockMsg.wVersion)){//版本打开错误WSACleanup();    //关闭网络库return 0;}//创建socketSOCKET socketSever = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);if (INVALID_SOCKET == socketSever){int a = WSAGetLastError();             //如果socket调用失败，返回错误码（工具 -> 错误查找）WSACleanup();                           //关闭网络库return 0;}struct sockaddr_in clientMsg;clientMsg.sin_family = AF_INET;clientMsg.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("127.0.0.1");clientMsg.sin_port = htons(12345);int connect_a = connect(socketSever,(struct sockaddr*)&clientMsg,sizeof(clientMsg));if (SOCKET_ERROR == connect_a){//connect函数出错printf("connect错误码：%d\n", WSAGetLastError());closesocket(socketSever);      //关闭socketWSACleanup();                 //清理网络库return 0;}while (1){char buf[1500] = { 0 };//接收函数int recv_a = recv(socketSever, buf, sizeof(buf), 0);{if (0 == recv_a){printf("连接中断，客户端下线\n");}else if (SOCKET_ERROR == recv_a){printf("recv错误码:%d\n", WSAGetLastError());}else{printf("传输内容：%s\n", buf);}}//发送函数scanf("%s", buf);int send_a = send(socketSever, buf, 1499, 0);if (SOCKET_ERROR == send_a){//出现错误int a = WSAGetLastError();}}    closesocket(socketSever);return 0;
}

基本CS模型的缺点是显而易见的，下面我们逐条陈述：

一个accept只能接受一个客户端的连接，因此上述程序一个服务器只能连接一个客户端。
当服务器执行到accept函数时，如果没有客户端连接，程序会一直阻塞，无法继续执行。
当程序执行到recv函数时，如果没有接收到消息程序也会阻塞在这里，无法继续执行。
由于上述的缺点存在，当我们启动上述两个程序，客户端成功连接服务器后，该程序只能先由向客户端发信息，然后客户端回信息，然后再由服务器向客户端发信息，交替进行。
为了克服上述缺点，人们提出了select模型，下一篇博客我们将介绍select模型的概念。

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