linux远程开发——网络通信(客户端与服务器建立连接)

目录

一、前言

二、网络编程三要素

1、IP地址

1)IP地址概念

2)通过IP地址访问CSDN官网

3)本地回环IP地址 127.0.0.1

2、端口号

3、通信协议

1)通信协议概念

2)TCP和UDP

三、网络通信基础编程

1、编程流程

2、建立本地服务器

1)socket()初始化网络

2)bind()函数

3)listen()监听函数

4)accept()函数

5)服务器全部代码

3、建立客户端

4、客户端连接服务器测试


一、前言

        本文介绍网络编程的基础知识,使用 Visual Studio 2019linux 本地搭建一个服务器,将客户端与本地服务器连接起来,通过客户端向服务器发送信息,测试服务端能否收到信息。

linux远程开发——网络通信(客户端与服务器建立连接)_第1张图片 

  • 在编程之前我们先来了解一些基础知识

二、网络编程三要素

网络编程三要素由下面3点组成:

1、IP地址:确定网络中某台计算机的位置

2、端口号:确定是哪个具体的应用程序

3、通信协议:通信双方共同约定和遵循的协议

1、IP地址

1)IP地址概念

  • IP地址是用来区分是哪一台电脑设备,只有知道对方设备的IP地址,才能找到对方的电脑。    

       IP地址就像是我们的家庭住址一样,如果你要写信给一个人,你就要知道他(她)的地址,这样邮递员才能把信送到。计算机发送信息就好比是 “邮递员”,它必须知道唯一的 “家庭地址”才能不至于把信送错人家。

        同样的网络编程也需要用到IP地址,客户端需要知道服务器的IP地址,才能找到需要建立连接的服务器。其实网页也有它对应的IP地址,我们平常搜索东西都是输入域名来访问,也可以输入IP地址进行访问。

2)通过IP地址访问CSDN官网

比如:csdn的官网为 www.csdn.net

  • window 下通过按键 win+r 打开运行框输入 cmd 然后回车
  • 控制台输入 ping  www.csdn.net

linux远程开发——网络通信(客户端与服务器建立连接)_第2张图片

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  • 浏览器输入 39.106.226.142 也可以访问到CSDN官网

        可以发现域名后面跟着一个IP地址,浏览器输入这个IP地址也可以访问到CSDN官网。实际上域名和IP地址是一个键值对,是唯一的。如果为了访问CSDN官网要输入那么长的IP地址是不是不方便,所以这时候域名就出现了,用域名来访问是不是更加方便。

3)本地回环IP地址 127.0.0.1

  • 本地服务器的IP地址就可以设置成127.0.0.1

        127.0.0.1,通常被称为本地回环地址 (Loopback Address),不属于任何一个有类别地址类。 它代表设备的本地虚拟接口,所以默认被看作是永远不会宕掉的接口。 在Windows操作系统中也有相似的定义,所以通常在安装网卡前就可以ping通这个本地回环地址。

2、端口号

  • 如果仅仅知道IP地址只能找到具体的某一台计算机,要找到某个应用程序需要知道端口号

        简单来说端口号就是正在运行的程序的标识,用来区分具体是那个应用程序。

3、通信协议

1)通信协议概念

  • 建立通信还需要通信协议,就比如中国统一的语言汉语,这样沟通起来就轻而易举了

        通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的数据通信系统,要使其能协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循某种互相都能接受的规则。这个规则就是通信协议。

2)TCP和UDP

  • 目前成熟的通信协议是TCP和UDP,其他协议的前身都是TCP或者是UDP

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  • 来看一下两个协议的区别
TCP UDP
是否需要建立连接 需要建立连接,才能发送信息 不需要建立连接
传输介质 流式IO(二进制数据) 数据封装成报文包
传输限制 可以进行大数据传输 每次只能传输64KB
总结 牺牲效率,提高传输安全性,可靠协议 牺牲部分安全性,提高传输效率,不可靠协议
  • OSI参考模型与TCP/IP参考模型如下图所示 

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接下来我们通过代码使用 TCP 协议来建立服务器与客户端之间的联系。

话不多说

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三、网络通信基础编程

1、编程流程

  • 基于流套接字的编程流程如下图所示

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        本文介绍客户端与服务器建立联系之后,客户端write (),服务器read (),先做简单的连接测试,后期再进行客户端与服务器进行互相通信。接下来的编程按照上面的流程进行。

2、建立本地服务器

1)socket()初始化网络

int socketfd = 0;
//初始化网络  参数一:使用ipv4  参数二:流式传输
socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  • socket()网络初始化 ,返回文件描述符

函数原型:

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

返回值:

成功:返回文件描述符

失败:返回 -1

  • 第一个参数用AF_INET ,即 ipv4

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  • 第二个参数用SOCK_STREAM ,即流式的套接字

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  • 第三个参数为0即可

2)bind()函数

  • 绑定ip地址和端口号,以及确定通信协议为ipv4
//原本使用struct sockaddr,通常使用sockaddr_in更为方便,两个数据类型是等效的,可以相互转换
struct sockaddr_in s_addr;
//确定使用哪个协议族  ipv4
s_addr.sin_family = AF_INET;

//系统自动获取本机ip地址 也可以是本地回环地址:127.0.0.1
s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

//端口一个计算机有65535个  10000以下是操作系统自己使用的,  自己定义的端口号为10000以后
s_addr.sin_port = htons(12345);  //自定义端口号为12345

len = sizeof(s_addr);

//绑定ip地址和端口号
int res = bind(socketfd, (struct sockaddr *)&s_addr, len);
if (res == -1)
{
	perror("bind error");
}

函数原型:

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

返回值:

成功:返回 0

失败:返回 -1

  • 第一个参数用上一步返回的文件描述符 
  • 第二个参数改用 struct sockaddr_in 结构体,更方便
  • 第三个参数为 struct sockaddr_in 结构体的大小

3)listen()监听函数

  • 监听有没有客户端来连接
//监听这个地址和端口有没有客户端来连接  第二个参数现在没有用  只要大于0就行
if (listen(socketfd, 2) == -1)
{
	perror("listen error");
}

函数原型:

int listen(int sockfd, int backlog);

返回值:

成功:返回 0

失败:返回 -1

  • 第一个参数为之前获取的服务器文件描述符
  • 第二个参数只要 >0 即可 

4)accept()函数

  • 等待客户端上线,阻塞式函数 ,只有客户端上线才会继续执行

        通过一个while(1)死循环,让服务器一直在线等待客户端上线,一旦某个客户端上线,则开一个子进程,在子进程中循环读取客户端发过来的消息。父进程则继续等待下一个客户端上线。

注:

read()函数也是一个阻塞函数

//死循环保证服务器一直在线
while (1)
{
	cout << "等待客户端上线" << endl;
	//等待客户端上线,阻塞式函数  acceptfd为连上来的客户端fd
	acceptfd = accept(socketfd, NULL, NULL);
	cout << "客户端上线 fd = " << acceptfd << endl;
	pid = fork();
	if (pid == 0)//子进程  持续读取客户端发来的信息
	{
		while (1)
		{
			read(acceptfd, buf, sizeof(buf));
			cout << "pid = " << getpid() << " 说: " << buf << endl;
			bzero(buf, sizeof(buf));
		}
	}
}

函数原型:

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

返回值:

成功:返回客户端文件描述符

失败:返回 -1

  • 第一个参数为之前获取的服务器文件描述符
  • 第二个第三个参数可以指定为NULL 

5)服务器全部代码

#include 
#include          
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	
	int socketfd = 0;
	int acceptfd = 0;
	int len = 0;
	int pid = 0;
	char buf[255] = { 0 };//存放客户端发过来的信息
	//初始化网络  参数一:使用ipv4  参数二:流式传输
	socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (socketfd == -1)
	{
		perror("socket error");
	}
	else
	{
		//原本使用struct sockaddr,通常使用sockaddr_in更为方便,两个数据类型是等效的,可以相互转换
		struct sockaddr_in s_addr;
		//确定使用哪个协议族  ipv4
		s_addr.sin_family = AF_INET;

		//系统自动获取本机ip地址 也可以是本地回环地址:127.0.0.1
		s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

		//端口一个计算机有65535个  10000以下是操作系统自己使用的,  自己定义的端口号为10000以后
		s_addr.sin_port = htons(12345);  //自定义端口号为12345

		len = sizeof(s_addr);

		//绑定ip地址和端口号
		int res = bind(socketfd, (struct sockaddr *)&s_addr, len);
		if (res == -1)
		{
			perror("bind error");
		}
		else
		{
			//监听这个地址和端口有没有客户端来连接  第二个参数现在没有用  只要大于0就行
			if (listen(socketfd, 2) == -1)
			{
				perror("listen error");
			}
			//死循环保证服务器一直在线
			while (1)
			{
				cout << "等待客户端上线" << endl;
				//等待客户端上线,阻塞式函数  acceptfd为连上来的客户端fd
				acceptfd = accept(socketfd, NULL, NULL);
				cout << "客户端上线 fd = " << acceptfd << endl;
				pid = fork();
				if (pid == 0)//子进程  持续读取客户端发来的信息
				{
					while (1)
					{
						read(acceptfd, buf, sizeof(buf));
						cout << "pid = " << getpid() << " 说: " << buf << endl;
						bzero(buf, sizeof(buf));
					}
				}
			}
		}
	}
}

3、建立客户端

  • 客户端这边只要做socket()初始化网络,并绑定ip地址和端口号,确定通信协议ipv4
#include 
#include           
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	int socketfd = 0;
	int acceptfd = 0;
	int len = 0;
	char buf[255] = { 0 };
	//初始化网络
	socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (socketfd == -1)
	{
		perror("socket error");
	}
	else
	{
		struct sockaddr_in s_addr;
		//确定使用哪个协议族  ipv4
		s_addr.sin_family = AF_INET;

		//填入服务器的ip地址  也可以是  127.0.0.1 (回环地址)
		s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

		//端口一个计算机有65535个  10000以下是操作系统自己使用的,  自己定义的端口号为10000以后
		s_addr.sin_port = htons(12345);  //自定义端口号为12345

		len = sizeof(s_addr);

		//绑定ip地址和端口号
		int res = connect(socketfd, (struct sockaddr*)&s_addr, len);
		if (res == -1)
		{
			perror("connect error");
		}
		else
		{
			while (1)
			{
				//控制台输入
				fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
				write(socketfd, buf, sizeof(buf));
				bzero(buf, sizeof(buf));
			}
		}
	}
	return 0;
}

注:

1、因为是本地的客户端,且服务器也是本地的,所以绑定的ip地址为本地的回环地址即可

2、绑定的端口号和使用的通信协议必须和服务器一样

3、write()函数中的文件描述符为服务器的

4、客户端连接服务器测试

  • 在linux下找到对应的main.cpp ,通过g++ 的方式编译, ./ 运行

注:

1、代码有改动的话,需要重新生成解决方案,代码即可同步到linux下

2、先运行服务器,再运行客户端

测试结果

linux远程开发——网络通信(客户端与服务器建立连接)_第10张图片

        可以发现每运行一个客户端,服务器都会收到提示,而且客户端发送的信息,服务器都可以收到,说明客户端和服务器连接成功!!

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