网络编程之TCP1
1. 知识点
本地地址的赋值通常需要由你的程序手动指定，尤其是在服务器端的情况下。在服务器程序中，你通常需要指定服务器应该监听的本地地址和端口号。这是通过构建一个适当的套接字地址结构体并将其传递给 bind 函数来实现的。
在客户端程序中，通常不需要手动指定本地地址，因为客户端通常会让操作系统自动选择本地地址。（即bind函数可以省略）在这种情况下，你可以将套接字地址结构体的相关字段设置为0或空，然后让操作系统为你选择适当的本地地址。
1.1 tcp通信服务端和客户端流程
1.1.1 TCP服务端流程：
1. 创建套接字(socket() )： 服务端首先创建一个套接字（Socket）来监听客户端的连接请求。通常使用socket()函数创建套接字。
2. 绑定套接字(设置struct sockaddr_in结构体 和 bind() )： 服务端将套接字绑定到一个特定的IP地址和端口号上，以侦听客户端的连接请求。使用bind()函数来执行此操作。
3. 开始监听(listen() )： 服务端使用listen()函数开始监听来自客户端的连接请求。可以指定允许等待连接的队列大小。
4. 接受连接请求(accept() )： 当有客户端尝试连接到服务器时，服务端使用accept()函数来接受连接请求。accept()函数将创建一个新的套接字，用于与该客户端进行通信。
5. 与客户端通信( recv() 或者 send() )： 一旦连接建立，服务端和客户端之间可以进行数据交换。服务端可以使用新的套接字来接收来自客户端的数据，并发送响应。
6. 关闭连接(close() )： 当通信完成后，服务端可以使用close()函数关闭与客户端的连接。通常，在循环中等待更多客户端连接请求或关闭服务。
1.1.2 TCP客户端流程：
1. 创建套接字(socket() )： 客户端首先创建一个套接字，以连接到服务器。使用socket()函数来创建套接字。
2. 指定服务器信息( 设置struct sockaddr_in结构体 )： 客户端需要指定服务器的IP地址和端口号，以便建立连接。通常，这些信息存储在struct sockaddr_in中。
3. 连接到服务器(connect() )： 使用connect()函数，客户端尝试与服务器建立连接。如果连接成功，客户端将能够与服务器通信。
4. 与服务器通信(recv() 或者 send())： 一旦连接建立，客户端可以使用套接字来发送数据给服务器，并接收服务器的响应数据。
5. 关闭连接(close() )： 当通信完成后，客户端使用close()函数来关闭与服务器的连接。
2. TCP 通信
2.1 相关函数
2.1.1 创建套接字
接口声明：int socket(int domain, int type, int protocol);
参数：
domain：域。
AF_INET/PF_INET： 网际协议
AF_UNIX/PF_UNIX：本地协议，可写成 AF_LOCAL/PF_LOCAL
type：类型。
SOCK_STREAM：流式套接字 TCP
SOCK_DGRAM：数据包套接字 UDP
protocol：协议。
一般为 0
返回值：
成功：待连接套接字
失败：-1
备注：在网际协议中，选择流式套接字就代表TCP协议，选择数据包套接字就代表UDP协议
第三个参数 protocol 一般都不用。
2.1.2 绑定套接字与网络地址
接口声明：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数：
sockfd：待连接套接字
addr：包含本地地址（IP+PORT）的通用地址结构体的指针
addrlen：地址结构体大小
返回值：
成功：0
失败：-1
备注：
通用地址结构体的定义：
struct sockaddr
{
sa_family_t sa_family;
char sa_data[14];
};
特殊地址结构体 —— IPv4 地址结构体：
struct sockaddr_in
{
u_short sin_family; // 地址族，与socketI() 函数的第一个参数相同，填AF_INET
u_short sin_port; // AF_INET端口，0-----1023， 1024-----5000，5000------65535
struct in_addr sin_addr; // IPV4 地址 32位地址
char sin_zero[8];
};
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr; // 无符号 32 位网络地址sockaddr. sin_addr. s_addr = htons(192.168.124.195)
};
特殊地址结构体 —— IPv6 地址结构体：
struct sockaddr_in6
{
u_short sin6_family; // 地址族
__be16 sin6_port; // 端口
__be32 sin6_flowinfo; // 流信息
struct in6_addr sin6_addr; // IPv6 地址
__u32 sin6_scope_id;
};
特殊地址结构体 ——UNIX 域地址结构体：
struct sockaddr_un
{
u_short sun_family; // 地址族
char sun_path[108]; // 套接字文件路径
};
2.1.3 将待连接套接字设置为监听套接字，并设置最大同时接收连接请求个数
接口声明：int listen(int sockfd, int backlog);
参数：
sockfd：待连接套接字
backlog：最大同时接收连接请求个数
返回值：
成功：0，并将 sockfd 设置为监听套接字
失败：-1
备注：
由于历史原因，各种系统对 backlog 的理解并不一致，以 LINUX 为例，监听端能同时接收的
最大连接请求个数为 0+4
2.1.4 等待对端连接请求
接口声明：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
参数：
sockfd：监听套接字
addr：通用地址结构体，用以存储对端地址（IP+PORT）（也就是存对方的地址，服务端不设置就写NULL）
addrlen：参数 addr 的存储区域大小
返回值：
成功：已连接套接字（非负整数）
失败：-1
2.1.5 请求连接对端监听套接字
接口声明：int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数：
sockfd：待连接套接字
addr：包含对端地址（IP+PORT）的通用地址结构体的指针
addrlen：地址结构体大小
返回值：
成功：0
失败：-1
2.1.6 断开本端连接套接字
接口声明：int close(int fd);
参数：
fd：已连接套接字
返回值：
成功：0
失败：-1
备注：
同时断开读端和写端
2.1.7 断开本端连接套接字
接口声明：int shutdown(int sockfd, int how);
参数：
sockfd：已连接套接字
how：断开方式。
SHUT_RD：关闭读端
SHUT_WR：关闭写端
SHUT_RDWR：同时关闭读写端
返回值：
成功：0
失败：-1
备注：
在只关闭一端的时候，另一端可以继续使用。
2.1.8 将文本地址转化为二进制地址
Char *src=”192.168.124.115”
接口声明：int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);
参数：
af：地址族。
AF_INET：IPv4 地址
AF_INET6：IPv6 地址
src：指向“点分式”IPv4 或 IPv6 地址的指针，例如“192.168.1.100”
dst：类型为 struct in_addr *或者 struct in6_addr *的指针
返回值：
成功：1
失败：0 代表地址与地址族不匹配，-1 代表地址不合法
2.1.9 将二进制地址转化为文本地址
接口声明：const char *inet_ntop(int af, const void *src, char *dst, socklen_t size);
参数：
af：地址族。
AF_INET：IPv4 地址
AF_INET6：IPv6 地址
src：类型为 struct in_addr *或者 struct in6_addr *的指针
dst：地址缓冲区指针，缓冲区至少
size：地址缓冲区大小至少要 INET_ADDRSTRLEN 或者 INET6_ADDRSTRLEN 个字节
返回值：
成功：dst
失败：NULL
2.1.10 向 TCP 套接字发送数据
接口声明：ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
参数：
sockfd：已连接套接字
buf：即将被发送的数据
len：数据长度
flags：发送标志。
MSG_NOSIGNAL：当对端已关闭时，不产生 SIGPIPE 信号
MSG_OOB：发送紧急（带外）数据，只针对 TCP 连接
返回值：
成功：已发送字节数
失败：-1
备注：
当 flags 为 0 时，send 与 write 作用相同。
2.1.11向 UDP 套接字发送数据
接口声明：
ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,const struct sockaddr*dest_addr, socklen_t addrlen);
参数：
sockfd：UDP 套接字
buf：即将发送的数据
len：数据的长度
flags：发送标志，与函数 send 的 flags 完全一致
dest_addr：对端网络地址
addr_len：地址长度
返回值：
成功：已发送字节数
失败：-1
备注：
当 dest_addr 为 NULL，addrlen 为 0 时，sendto 与 send 作用一致
2.1.12从 TCP 套接字接收数据
接口声明： ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
参数：
sockfd：已连接套接字
buf：存储数据缓冲区
len：缓冲区大小
flags：接收标志
MSG_OOB：接收紧急（带外）数据
返回值：
成功：已接收字节数
失败：-1
备注：
当 flags 为 0 时，recv 与 read 作用相同。阻塞等待
2.1.13从 UDP 套接字接收数据
接口声明：
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);
参数：
sockfd：UDP 套接字
buf：储存数据缓冲区
len：缓冲区大小
flags：接收标志，与函数 send 的 flags 完全一致
src_addr：对端网络地址
addrlen：地址长度
返回值：
成功：已接收字节数
失败：-1
2.1.14多路复用
接口声明：
int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);
参数：
nfds：所有正在监测的套接字的最大值加 1
readfds：读就绪文件描述符集合
writefds：写就绪文件描述符集合
exceptfds：异常就绪文件描述符集合
timeout：超时控制
返回值：
成功：就绪文件描述符总数（当超时返回时为 0）
失败：-1
备注：
2.1.15 文件描述符集合操作函数：
void FD_CLR(int fd, fd_set *set);
int FD_ISSET(int fd, fd_set *set);
void FD_SET(int fd, fd_set *set);
void FD_ZERO(fd_set *set);
2.1.16多路复用
接口声明：int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);参数：
fds：监测文件描述符结构体数组
nfds：数组元素个数
timeout：超时控制
返回值：
成功：
失败：
备注：
struct pollfd
{
int fd; // 监测的文件描述符
short events; // 监测的状态
short revents; // 实际发生的状态
};
其中，监测的状态可以用以下宏来标记：
POLLIN：读就绪
POLLPRI：紧急数据读就绪
POLLOUT：写就绪
POLLRDHUP：对端已关闭或已关闭写端（仅对流式套接字有效）
POLLERR：发生错误
2.1.17字节序转换
接口声明：
uint32_t htonl(uint32_t hostlong);
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
uint32_t ntohl(uint32_t netlong);
uint16_t ntohs(uint16_t netshort);
参数：
hostlong： 主机字节序的长整型数据
hostshort： 主机字节序的短整型数据
netlong： 网络字节序的长整型数据
netshort： 网络字节序的短整型数据
返回值：
对应的字节序数据
3. 举例
3.1 服务器编写
server.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//服务端和客户端通信（但是服务单只负责接收，客户端负责发送）
//服务端程序
int main(int argc,char** argv)
{
//1.创建待连接套接字
int socket_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(socket_fd == -1){
printf("创建套接字失败\n");
return -1;
}
//2.绑定套接字与网络地址
//第二个参数需要这个结构体
struct sockaddr_in s_addr;
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));//设置端口 //主机字节序的短整型数据
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);//将将点分十进制转转为无符号的32位网络地址
int bind_ok = bind(socket_fd,(struct sockaddr*)&s_addr,sizeof(s_addr));
if(bind_ok==-1){
perror("bind failed");
}
//3.设置监听
int socket_listen = listen(socket_fd,4);
if(socket_listen==-1){
perror("监听失败");
return -1;
}
//4.等待对端连接请求
printf("等待连接\n");
int socket_ok = accept(socket_fd,NULL,NULL);
if(socket_ok==-1){
perror("连接失败\n");
return -1;
}
printf("连接成功\n");
//开始畅聊吧
char buf[128];
while(1){
memset(buf,0,sizeof(buf));
//5.接收消息
recv(socket_ok,buf,sizeof(buf),0);//阻塞等待
printf("接收到：%s",buf);
//退出
if(strcmp("bye\n",buf)==0){
break;
}
}
close(socket_fd);
close(socket_ok);
return 0;
}
3.2 客户端编写
client.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
//服务端和客户端通信（但是服务单只负责接收，客户端负责发送）
//客户端程序
int main(int argc,char** argv)
{
//1.创建待连接套接字
int socket_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(socket_fd == -1){
printf("创建套接字失败\n");
return -1;
}
//2.绑定套接字与网络地址
//第二个参数需要这个结构体
struct sockaddr_in s_addr;
s_addr.sin_family = AF_INET;
s_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));//设置端口//主机字节序的短整型数据
s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);//将点分十进制转为无符号的32位网络地址
int bind_ok = bind(socket_fd,(struct sockaddr*)&s_addr,sizeof(s_addr));
if(bind_ok==-1){
perror("bind failed");
}
//3.请求连接
int socket_ok = connect(socket_fd,(struct sockaddr*)&s_addr,sizeof(s_addr));
if(socket_ok==-1){
perror("连接失败\n");
return -1;
}
//开始畅聊吧
char buf[128];
while(1){
memset(buf,0,sizeof(buf));
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);//从键盘获取输入
//发送消息
send(socket_fd,buf,sizeof(buf),0);
printf("发送：%s",buf);
//退出
if(strcmp("bye\n",buf)==0){
break;
}
}
close(socket_fd);
return 0;
}