Linux 网络编程（二）TCP

        Linux系统是通过提供套接字(socket)来进行网络编程的.网络程序通过socket和其它几个函数的调用，会返回一个 通讯的文件描述符，我们可以将这个描述符看成普通的文件的描述符来操作，这就是linux的设备无关性的好处。

一、TCP通信步骤

TCP服务器部分：

1、调用函数socket()，创建一个socket

2、设置sockaddr_in信息，如要连接服务器的IP和端口等属性

3、调用函数bind()，绑定IP地址、端口等信息到socket上

4、调用函数listen()，设置允许的最大连接数

5、调用函数accept()，等待来自客户端的连接请求

6、调用函数send() 和 recv() 或者 read() 和 write() ，收发数据

7、调用close()，关闭网络连接

TCP客户端部分：

1、调用函数socket()，创建一个socket

2、设置sockaddr_in信息，如要连接服务器的IP和端口等属性

3、调用函数connect()，连接服务器

4、调用函数send() 和 recv() 或者 read() 和 write() ，收发数据

5、调用close()，关闭网络连接

二、相关函数。

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

domain:说明我们网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX和AF_INET等).
        AF_UNIX只能够用于单一的Unix 系统进程间通信,
        而AF_INET是针对Internet的,因而可以允许在远程
        
type:我们网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等)
         SOCK_STREAM表明我们用的是TCP 协议,这样会提供按顺序的,可靠,双向,面向连接的比特流.
         SOCK_DGRAM 表明我们用的是UDP协议,这样只会提供定长的,不可靠,无连接的通信.

protocol:由于我们指定了type,所以这个地方我们一般只要用0来代替就可以了 socket为网络通讯做基本的准备.
              成功时返回文件描述符,失败时返回-1,看errno可知道出错的详细情况.

(二)bind

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

bind将本地的端口同socket返回的文件描述符捆绑在一起.成功是返回0,失败的情况和socket一样

sockfd:是由socket调用返回的文件描述符.
addrlen:是sockaddr结构的长度.
my_addr:是一个指向sockaddr的指针. 在中有 sockaddr的定义

struct sockaddr

{

unisgned short as_family;
char sa_data[14];
};
不过由于系统的兼容性,我们一般不用这个头文件,而使用另外一个结构(struct sockaddr_in) 来代替.在中有sockaddr_in的定义

struct sockaddr_in

{

unsigned short sin_family;
unsigned short int sin_port;
struct in_addr sin_addr;
unsigned char sin_zero[8];

}

我们主要使用Internet所以
sin_family一般为AF_INET,
sin_addr设置为INADDR_ANY表示可以和任何的主机通信,
sin_port是我们要监听的端口号.sin_zero[8]是用来填充的.


(三)listen

        int listen(int sockfd, int backlog);

listen函数将bind的文件描述符变为监听套接字.返回的情况和bind一样.

sockfd:是bind后的文件描述符.
backlog:设置请求排队的最大长度.当有多个客户端程序和服务端相连时, 使用这个表示可以介绍的排队长度.


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

accept调用时,服务器端的程序会一直阻塞到有一个客户程序发出了连接. 

accept成功时返回最后的服务器端的文件描述符,这个时候服务器端可以向该描述符写信息了. 失败时返回-1

sockfd:是listen后的文件描述符.
addr,addrlen是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了. bind,listen和accept是服务器端用的函数,


(五)connect
       int  connect(int sockfd, const struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen);

connect函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回0,sockfd是同服务端通讯的文件描述符 失败时返回-1.

sockfd:socket返回的文件描述符.
serv_addr:储存了服务器端的连接信息.其中sin_add是服务端的地址

addrlen:serv_addr的长度

（六） 收发数据

收数据：recv、recvfrom、recvmsg和read

对于recvfrom 和 recvmsg，可同时应用于面向连接的和无连接的套接字。recv一般只用在面向连接的套接字。只要将recvfrom的第五个参数设置NULL，几乎等同于recvfrom，。如果消息太大，无法完整存放在所提供的缓冲区时会根据不同的套接字，多余的字节会丢弃。假如套接字上没有消息可以读取，除非套接字已被设置为非阻塞模式，否则接收调用会等待消息的到来。

发数据：send、sendto、sendmsg和write

send只可用于基于连接的套接字，send 和 write唯一的不同点是标志的存在，当标志为0时，send等同于write。sendto 和 sendmsg既可用于无连接的套接字，也可用于基于连接的套接字。除非套接字设置为非阻塞模式，否则调用将会阻塞直到数据被发送完。

也就说是在TCP编程中，收发数据一般用得最多的就是recv和send或者read和write。

这里我们仅讨论一下read和write这种更通用的IO操作：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

这两个函数分别由fd所指定的socket套接口发送(接收)count个字节的数据，然后将其存储在buf变量所指向的缓冲区里。这两个函数均返回实际成功发送(接受)的字节数。

（七）关闭连接

int close(int fd);

     调用该函数时对于TCP编程而言会触发一个FIN报文导致连接关闭。

例子：

1、client端

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <resolv.h>
#include <stdlib.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>

#define MAXBUF 1024

int main(int argc, char **argv)
{
    int sockfd, len;
    struct sockaddr_in dest;
    char buffer[MAXBUF + 1];
    if (argc != 3) 
    {
		printf(" error format,it must be:\n\t\t%s IP port\n",argv[0]);
		exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
		perror("Socket");
		exit(errno);
    }
    printf("socket created\n");


    bzero(&dest, sizeof(dest));
    dest.sin_family = AF_INET;
    dest.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
    if (inet_aton(argv[1], (struct in_addr *) &dest.sin_addr.s_addr) == 0) 
    {
		perror(argv[1]);	exit(errno);
    }
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *) &dest, sizeof(dest))==-1) 
    {
		perror("Connect ");
		exit(errno);
    }
    printf("server connected\n");

	pid_t pid;
	if(-1==(pid=fork()))
	{
		perror("fork");exit(EXIT_FAILURE);
	}
	else if (pid==0)
	{
		while (1) 
		{
			bzero(buffer, MAXBUF + 1);
			len = recv(sockfd, buffer, MAXBUF, 0);
			if (len > 0)
				printf("recv successful:'%s',%d byte recv\n",buffer, len);
			else if(len < 0)
			{
				perror("recv");
				break;
			}
			else
			{
				printf("the other one close ,quit\n");
				break;
			}
		}	
	}
	else
	{
		while (1) 
		{
			bzero(buffer, MAXBUF + 1);
			printf("pls send message to send:");
			fgets(buffer, MAXBUF, stdin);
			if (!strncasecmp(buffer, "quit", 4)) 
			{
				printf(" i will quit!\n");
				break;
			}
			len = send(sockfd, buffer, strlen(buffer) - 1, 0);
			if (len < 0) 
			{
				perror("send");
				break;
			}
		}
	}
    close(sockfd);
    return 0;
}

2、server端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/wait.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>

#define MAXBUF 1024

int main(int argc, char *argv[])
{
    int pid;	
    int sockfd, new_fd;
    socklen_t len;
    struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
    unsigned int myport, lisnum;
    char buf[MAXBUF + 1];

    if (argv[2])
		myport = atoi(argv[2]);
    else
		myport = 7575;

    if (argv[3])
		lisnum = atoi(argv[3]);
	else
		lisnum = 5;

    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) 
    {
		perror("socket");
		exit(EXIT_FAILURE);
    }
    
    bzero(&my_addr, sizeof(my_addr));
    my_addr.sin_family = AF_INET;
    my_addr.sin_port = htons(myport);
    if (argv[1])
		my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    else
		my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if (bind(sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(struct sockaddr))== -1) 
    {
		perror("bind");
		exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (listen(sockfd,lisnum ) == -1) 
    {
		perror("listen");
		exit(EXIT_FAILURE);
    }
    printf("wait for connect\n");	
    len = sizeof(struct sockaddr);
    if ((new_fd =accept(sockfd, (struct sockaddr *) &their_addr,&len)) == -1) 
    {
        perror("accept");
        exit(EXIT_FAILURE);
    } 
    else
        printf("server: got connection from %s, port %d, socket %d\n",inet_ntoa(their_addr.sin_addr),ntohs(their_addr.sin_port), new_fd);
 	  
	if(-1==(pid=fork()))	
	{
		perror("fork");exit(EXIT_FAILURE);
	}
	else if( pid == 0)
	{
		while (1) 
		{
			bzero(buf, MAXBUF + 1);
			printf("input the message to send:");
			fgets(buf, MAXBUF, stdin);
			if (!strncasecmp(buf, "quit", 4)) 
			{
				printf("i will close the connect!\n");
				break;
			}
			len = send(new_fd, buf, strlen(buf) - 1, 0);
	  		if (len < 0)
			 {
				printf("message'%s' send failure!errno code is %d,errno message is '%s'\n",
				buf, errno, strerror(errno));
				break;
			}
		}
	}
	else 
	{	
		while(1)
		{
			bzero(buf, MAXBUF + 1);
			len = recv(new_fd, buf, MAXBUF, 0);
			if (len > 0)
				printf("message recv successful :'%s',%dByte recv\n",buf, len);
			else if (len < 0)
			{
				printf("recv failure!errno code is %d,errno message is '%s'\n",
				errno, strerror(errno));
				break;
			}
			else
			{
				printf("the other one close quit\n");
				break;
			}
		}
	}
	close(new_fd);
	close(sockfd);
    	return 0;
}