【Linux】如何在本地主机实现简易的一对一服务器（附图解与代码实现）

想要实现服务端与客户端一对一的信息传输，我们需要先了解一些基础的结构体与相关函数

目录

相关的基础结构体

1.struct sockaddr

2.struct sockaddr_in

相关的基础函数

1.htons、htonl、ntohs、ntohl   2.inet_pton、inet_ntop函数   3.socket函数

4.bind函数                                 5.listen函数                            6.connect函数

7.accept函数                             8.send函数                             9.recv函数

本地主机完成简易的一对一服务端

如何获取本地主机的IP地址

代码实现

结果图示

---

相关的基础结构体

实现网络编程，我们就要来了解两种结构体，叫做网络信息结构体

1.struct sockaddr

该结构体由以下成员组成

//头文件：#include 或#include 

struct sockaddr {  
     sa_family_t sin_family;//地址族
　　  char sa_data[14]; //14字节，包含套接字中的目标地址和端口信息               
　　 }; 

这种结构体是存在缺陷的：sa_data把目标地址和端口信息混在一起了

2.struct sockaddr_in

sockaddr_in解决了sockaddr的缺陷，把 port 和 addr 分开储存在两个变量中

该结构体内由以下成员组成

//头文件：#include

struct sockaddr_in{
	sa_family_t   sin_family;   //地址族,可传AF_INET(表示IPV4)或AF_INET6(表示IPV6)
	uint16_t      sin_port;     //端口号(16位)（注释1）
	struct in_addr    sin_addr;  //IP地址(32位)（注释2）
	char     sin_zero;      //预留未使用
};
struct in_addr{
	In_addr_t  s_addr;    //32位IPv4地址
};

注释①：端口号的赋值如下所示

• struct sockaddr_in addr;
• addr.sin_port = htons(目标端口号);

为什么传入端口号要用到htons函数呢？别着急，这个问题会在本篇博客的第二部分——相关基础函数中讲到

注释②：IP地址的赋值有以下几种方法

struct sockaddr_in server_addr;

1. inet_pton(AF_INET , "服务器IP地址" , &server_addr.sin_addr.s_addr);
2. server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("服务器IP地址");
3. server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;//INADDR_ANY表示任意IP地址

为什么要介绍这两种结构体呢？只介绍第二种结构体不就可以了吗？

第一种结构体创造出来的时候，IPV4还没诞生，更别提第二种结构体了，很多函数都时很早之前创造的，用的参数都是第一种结构体

相关的基础函数

1.htons、htonl、ntohs、ntohl

直接介绍这些函数的功能，大家很可能会搞混，我先来告诉大家一些基础概念

IP是用来找主机的，也就是host，IP地址是32位的

端口是用来应用的，端口是存储在网卡中的，端口是16位的，IP地址的位数比端口号长，也就是（IP long 、 port short）

接下来，我来拿一个函数名举个例子，相信大家就能很快记住这些函数的功能了

比如htons："h"表示的是host、"to"就是to、"n"表示net、"s"表示short，连起来的意思就是" host to net short "

由于网络信息结构体要通过网络发送，这就必然要经过网卡。所以传入端口号就要先用htons函数将其转化为网卡能够识别的形式

相信大家很快就能明白htons函数的功能了，那就是将端口号由主机字节序转换为网络字节序的整数值。

同理，这四个函数的功能就分别是

函数	功能
htons	将端口号由主机字节序转换为网络字节序
htonl	将IP地址由主机字节序转换为网络字节序
ntohs	将端口号由网络字节序转换为主机字节序
ntohl	将IP地址由网络字节序转换为主机字节序

2.inet_pton、inet_ntop函数

inet_pton(AF_INET或AFINET6 ,  字符串IP，存放大端序IP的地址);

inet_ntop(AF_INET或AFINET6 , 大端序IP地址 , 存放字符串IP的数组起始地址，数组长度);

函数	功能
inet_pton	将IP地址由主机字节序转换为网络字节序（字符串IP转大端序IP）
inet_ntop	将IP地址由网络字节序转换为主机字节序（大端序IP转字符串IP）

3.socket函数

介绍一下一会会用到的变量：

• int domain;//即协议域，又称为协议族（family）。常用的协议族有，AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、AF_ROUTE等等
• int type;//创建的套接字的类型，常用的类型有SOCK_STREAM（流式套接字），SOCK_DGRAM（数据报套接字）
• int protocol;//传0，表示使用默认协议。

函数	头文件	功能	返回值
int sockfd = socket(int domain , int type , int protocol);	#include         #include	创建套接字，提供了进程通信的端点	成功：返回指向新创建的socket的文件描述符，也就是sockfd（类型位int） 失败：返回 -1

PS:socket函数返回一个整型的socket文件描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该socket实现的。socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层。

4.bind函数

创建好的套接字中存在两个变量，分别是IP地址与端口号

由于socket创建出来后，IP地址位0.0.0.0（表示本地任意IP），而端口号是完全随机的，每次进程启动，获得的端口号都不一样，别人也就无法通过固定的端口号找到该进程，所以这时候就需要一个函数，来固定IP地址与端口号，也就是bind函数

介绍一下一会会用到的变量：

• int sockfd;//需要绑定的套接字文件描述符
• const struct sockaddr* addr;//存入包含网络地址和端口号的网络信息结构体。（PS:ipv4使用的结构体是struct sockaddr_in类型，所以绑定时需要强制类型转换成struct sockaddr类型）（为什么这个地方用的是struct socksddr 结构体呢？ 一句话：这个结构体创造出来的时候，IPV4还没诞生，是为了向前兼容）
• socklen_t addrlen;//addr结构体的长度

函数	头文件	功能	返回值
int bind(int sockfd , const struct sockaddr *addr , socklen_t addrlen);	#include     #include	设置套接字中的网络信息，也就是设置固定的IP与端口号，一般服务端要做这件事	成功：返回 0 失败：返回 -1 , 并设置错误代码

5.listen函数

PS:listen只有TCP要用，TCP需要连接

介绍一下一会会用到的变量：

• int sockfd;//负责监听TCP连接的套接字文件描述符
• int backlog;//监听序列的大小。监听序列其实是一个双队列结构，一个用于存放刚刚建立3次握手的链接数和，一个用于存放等待建立3次握手队列的链接数和，backlog默认传入128，表示两个队列大小都是128，具体情况如下图所示

函数	头文件	功能	返回值
int listen(int sockfd, int backlog);	#include #include	监听tcp链接事件	成功：返回 0 失败：返回 -1

6.connect函数

介绍一下一会会用到的变量：

• int sockfd;//需要连接的套接字文件描述符
• const struct sockaddr* server_addr;//存入对端网络地址和端口号的网络信息结构体。
• socklen_t addrlen;//server_addr结构体的长度

函数	头文件	功能	返回值
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *server_addr, socklen_t addrlen);	#include #include	向对端发送TCP连接请求，一般客户端要做这件事 如果遇到网络问题可能会阻塞等待连接	成功：返回 0 失败：返回 -1 , 并设置错误代码

7.accept函数

介绍一下一会会用到的变量：

int sockfd;//正在处于监听功能下的套接字的文件描述符

struct sockaddr* client_addr;//储存接受到的客户端的网络信息的结构体

socklen_t* addrlen;//client_addr结构体长度

函数	头文件	功能	返回值
int client_sockfd = accept( int sockfd , struct sockaddr* client_addr , socklen_t *addrlen);	#include #include	连接属性相同的套接字,并为这个套接字分配一个文件描述符，然后以整个描述符返回	成功：返回为其分配的套接字文件描述符， 用于标识该连接套接字，也就是client_sockfd 失败：返回 -1。

PS：这个addrlen不能重用，因为系统会根据收到的客户端的网络信息结构体实际大小修改此值，这是变量的大小是一直变化的

8.send函数

介绍一下一会会用到的变量：

• int sockfd;//向目标套接字发送数据
• void* buf;//要发送的数据的首地址
• size_t len;//要发送多大的数据
• int flags;//设置为MSG_DONTWAITMSG时，表示非阻塞。设置为MSG_NOSIGNAL，表示禁止send函数向系统发送异常消息（也就是SIGPIPE信号），从而不会被系统杀死。设置为0时 功能和write一样

函数	头文件	功能	返回值
ssize_t send(int sockfd , void *buf , size_t len , int flags);	#include #include	向套接字内发送数据	成功：返回实际发送的字节数 失败：返回 -1

9.recv函数

介绍一下一会会用到的变量：

• int sockfd;//接收目标套接字内的数据
• void* buf;//存放数据的地方的首地址
• size_t len;//要接受多大的数据
• int flags;//设置为MSG_DONTWAITMSG时，表示非阻塞。设置为MSG_NOSIGNAL，表示禁止recv函数向系统发送异常消息（也就是SIGPIPE信号），从而不会被系统杀死，设置为0时，功能和read一样

函数	头文件	功能	返回值
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);	#include #include	接收套接字内的数据	成功：返回实际接收的字节数 失败：返回 -1

本地主机完成简易的一对一服务端

如何获取本地主机的IP地址

（注意：IP地址会根据网络的变化而变化）

我们可以通过在终端界面下输入命令“ip addr”来获取本地主机IPV4地址（注意：这是私有IP，不是公网IP），下图为操作步骤

这就是你的本地主机IPV4地址，比如我的就是192.168.79.128

代码实现

服务端

/*************************************************************************
        > File Name: nan_server.c
        > Author: Nan
        > Mail: **@qq.com
        > Created Time: 2023年10月20日 星期五 13时59分10秒
 ************************************************************************/

#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include

//定义一个开关，用于决定服务器是否开启，默认为开启状态
#define SERVER_SWITCH 1


int main()
{
    //1.分别定义服务端与客户端的网络信息结构体
    struct sockaddr_in server_addr , client_addr;
    bzero(&server_addr , sizeof(server_addr));
    bzero(&client_addr , sizeof(client_addr));
    //定义一个读写缓冲区与一个存放客户端IP的缓冲区
    char rw_buffer[1500];
    char client_IP[16];
    bzero(rw_buffer , sizeof(rw_buffer));
    bzero(client_IP , sizeof(client_IP));
    //2.对服务端网络信息结构体进行初始化
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(6060);
    //server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.0.0.1");
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("本地主机IPV4地址");
    //3.创建套接字，该套接字起到监听与传输信息的作用
    int server_sockfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);
    if(server_sockfd == -1)
    {
        perror("server socket call failed!\n");
        exit(-1);
    }
    //4.将IP地址与端口号绑定到监听套接字上
    int bind_result = bind(server_sockfd , (struct sockaddr*)&server_addr , sizeof(server_addr));
    if(bind_result == -1)
    {
        perror("server bind call failed!\n");
        exit(-1);
    }
    printf("server wait connect!\n");//日志打印，可帮助理解程序执行逻辑
    //5.监听是否有TCP链接
    int backlog = 128;
    listen(server_sockfd , backlog);
    socklen_t addrlen;
    int client_sockfd;
    while(SERVER_SWITCH)
    {
        printf("已进入循环!\n");//日志打印，可帮助理解程序执行逻辑
        addrlen = sizeof(client_addr);
        //6.如果接收成功，返回对应的文件描述符，并执行以下程序
        if( (client_sockfd = accept(server_sockfd , (struct sockaddr*)&client_addr , &addrlen)) > 0)
        {   
            printf("accept call success!\n");
            //将网络信息结构体中的大端序IP转为字符串IP并放到读写缓冲区中
            inet_ntop(AF_INET , &(client_addr.sin_addr.s_addr) , client_IP , sizeof(client_IP));
            printf("client_IP = %s\n" , client_IP);//日志打印，帮助检测是否写入IP地址
            sprintf(rw_buffer , "Hello , %s , welcome connect nan_server\n" , client_IP);
            printf("读写缓冲区中内容为 %s\n" , rw_buffer);//日志打印，帮助检测是否写入要发送的数据
            //将读写缓冲区中的内容发送到服务端的套接字中，由套接字向客户端发送数据
            send(client_sockfd , rw_buffer , sizeof(rw_buffer) , MSG_NOSIGNAL);
            //清空读写缓冲区与存放IP的缓冲区，以供下一次使用
            bzero(rw_buffer , sizeof(rw_buffer));                                      
            bzero(client_IP , sizeof(client_IP));
        }
        else if(client_sockfd == -1)
        {
            perror("accept call failed!\n");
            continue;
        }
    }
    close(server_sockfd);
}

客户端

/*************************************************************************
        > File Name: nan_client.c
        > Author: Nan
        > Mail: **@qq.com
        > Created Time: 2023年10月20日 星期五 14时40分39秒
 ************************************************************************/

#include                  
#include                 
#include                 
#include             
#include              
#include 
#include

int main()
{
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr , sizeof(server_addr));
    //定义读写缓冲区
    char rw_buffer[1500];
    bzero(rw_buffer , sizeof(rw_buffer));
    //对服务端网络信息结构体进行初始化
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    server_addr.sin_port = htons(6060);
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("服务端IPV4地址");
    //创建客户端套接字，向服务端发送连接请求
    int client_sockfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);
    if(client_sockfd == -1)
    {
        perror("client socket call failed!\n");
        exit(-1);
    }
    printf("socket call success!\n");
    socklen_t addrlen = sizeof(server_addr);
    int connect_result = connect(client_sockfd , (struct sockaddr*)&server_addr , sizeof(server_addr));
    if(connect_result == -1)//连接失败
    {
        perror("client connect call failed!\n");
        exit(-1);
    }
    else//连接成功
    {
        printf("connect call success!\n");
        //将服务端发来的内容接收到读写缓冲区中
        recv(client_sockfd , rw_buffer , sizeof(rw_buffer) , 0);
        printf("服务端发来的信息为：%s\n" , rw_buffer);
        printf("1\n");//日志打印，用于判断前面函数是否执行
        sleep(15); 
    }
}

结果图示

以上就是本篇博客的全部内容了，大家有什么地方没有看懂的话，可以在评论区留言给我，咱要力所能及的话就帮大家解答解答

今天的学习记录到此结束啦，咱们下篇文章见，ByeBye！