[linux-socket]UNIX網絡編程之TCP鏈接

一、經常使用函數介紹

int socket(int domain,int type,int protocol);
/*
domain：AF_INET設爲IPV4
type：SOCK_STREAM對應TCP，SOCK_DGRAM對應UDP
protocol：設0
返回值：返回一個套接字，失敗返回-1
*/

int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr,int addrlen);
/*
sockfd：由socket()調用返回的須要綁定的套接字
my_addr：sockaddr類型的地址
addrlen：sizeof(sockaddr)。
返回值：成功返回0；失敗返回-1
*/

struct sockaddr_in {
short sin_family; /* 地址類型，TCPIP協議只能填AF_INET */
unsigned short sin_port; /*使用端口號 */
struct in_addr sin_addr; /* 網絡地址，如需綁定全部地址，填INADDR_ANY */
unsigned char sin_zero[8]; /* 填0便可 */
};//通常將其強制轉換成sockaddr來使用

uint16_t htons(uint16_t hostshort);
/*
把系統的16位整數調整爲「大端模式」
*/

int inet_aton(const char *string, struct in_addr *addr);
/*
把字符串的IP地址轉化爲in_addr結構體
*/

int connect(int sockfd,struct sockaddr* serv_addr,int addrlen);
/*
sockfd：鏈接到的套接字
serv_addr：鏈接到的服務器地址
addrlen：sizeof(serv_addr)
返回值：失敗返回-1
*/

int listen(int sockfd,int backlog);//設置服務器監聽模式
/*
sockfd:須要設置監聽的服務器套接字
backlog：進入隊列中容許的鏈接的個數。
返回值：出錯返回-1
*/

int accept(int sockfd,void *addr,int* addrlen);//接受已經connect並在款衝隊列中等待的套接字，隊列爲空時默認進入阻塞狀態，直到有客戶端進行connect()
/*
sockfd：正在監聽端口的套接字
addr：用於存儲客戶的地址結構體
addrlen：sizeof(struct sockaddr_in)
返回值：失敗-1
*/

int send(int sockfd,const void* msg,int len,int flags);//TCP發送數據
/*
sockfd：發送目標的套接字
msg：須要發送數據的頭指針
len：數據的字節長度
flags：設爲0
返回值：返回實際發送的字節數。注意，返回值可能比須要發送的字節數要少，此時須要再次發送剩下的字節。如失敗返回-1
*/

int recv(int sockfd,void* buf,int len,unsigned int flags);//接受TCP數據
/*
sockfd：是要讀取的套接口字
buf：保存數據的內存入口。
len：緩衝區的最大長度。注意，緩衝區不需用完
flags：設爲0
返回值：返回實際讀取到緩衝區的字節數，若是出錯則返回-1。
*/

二、服務器端流程

設置服務器地址

 //設置一個socket地址結構server_addr,表明服務器internet地址, 端口
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); //把一段內存區的內容所有設置爲0
    server_addr.sin_family = AF_INET;//
    server_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);//INADDR_ANY是全0特殊地址，用於含有多IP地址的服務器，表示同時綁定本身的全部地址
    server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);//小端數轉大端數函數

建立服務器套接字

//建立用於internet的流協議(TCP)socket,用server_socket表明服務器socket
    int server_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if( server_socket < 0){
        printf("Create Socket Failed!");
        exit(1);
    }

綁定地址與套接字

//把socket和socket地址結構聯繫起來
    if( bind(server_socket,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr))){
        printf("Server Bind Port : %d Failed!", HELLO_WORLD_SERVER_PORT); 
        exit(1);
    }

設置服務器爲監聽狀態

//server_socket用於監聽
    if ( listen(server_socket, LENGTH_OF_LISTEN_QUEUE) ){
        printf("Server Listen Failed!"); 
        exit(1);
    }

接受客戶端的鏈接

int new_server_socket = accept(server_socket,(struct sockaddr*)&client_addr,&length);
        if ( new_server_socket < 0) {
            printf("Server Accept Failed!\n");
            break;
        }

從客戶端接收數據

//接收客戶端發送來的信息到buffer中
        length = recv(new_server_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0);//若是對方在一次鏈接裏發送了兩次呢？
        if (length < 0){
            printf("Server Recieve Data Failed!\n");
            exit(1);
        }
        printf("\n%s",buffer);

發送數據到客戶端

char buffer[BUFFER_SIZE];
        bzero(buffer, BUFFER_SIZE);
        strcpy(buffer,"Hello,World! 從服務器來！");
        strcat(buffer,"\n"); //C語言字符串鏈接
        //發送buffer中的字符串到new_server_socket,實際是給客戶端
        send(new_server_socket,buffer,BUFFER_SIZE,0);

關閉鏈接，空出端口

    //關閉與客戶端的鏈接
    close(new_server_socket);
    //關閉監聽用的socket
    close(server_socket);

三、客戶端流程

設置客戶端地址

//設置一個socket地址結構client_addr,表明客戶機internet地址, 端口
    struct sockaddr_in client_addr;
    bzero(&client_addr,sizeof(client_addr)); //把一段內存區的內容所有設置爲0
    client_addr.sin_family = AF_INET;    //internet協議族
    client_addr.sin_addr.s_addr = htons(INADDR_ANY);//INADDR_ANY表示自動獲取本機地址
    client_addr.sin_port = htons(0);    //0表示讓系統自動分配一個空閒端口

創建客戶端的套接字

//建立用於internet的流協議(TCP)socket,用client_socket表明客戶機socket
    int client_socket = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if( client_socket < 0) {
        printf("Create Socket Failed!\n");
        exit(1);
    }

綁定客戶端地址與套接字

//把客戶機的socket和客戶機的socket地址結構聯繫起來
    if( bind(client_socket,(struct sockaddr*)&client_addr,sizeof(client_addr))){
        printf("Client Bind Port Failed!\n"); 
        exit(1);
    }

設置服務器地址結構體

//設置一個socket地址結構server_addr,表明服務器的internet地址, 端口
    struct sockaddr_in server_addr;
    bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
    server_addr.sin_family = AF_INET;
    if(inet_aton(argv[1],&server_addr.sin_addr) == 0){ //服務器的IP地址來自程序的參數,aton字符串IP地址轉化爲網絡地址格式
        printf("Server IP Address Error!\n");
        exit(1);
    }
    server_addr.sin_port = htons(HELLO_WORLD_SERVER_PORT);

創建於服務器的鏈接

socklen_t server_addr_length = sizeof(server_addr);
    //向服務器發起鏈接,鏈接成功後client_socket表明了客戶機和服務器的一個socket鏈接
    if(connect(client_socket,(struct sockaddr*)&server_addr, server_addr_length) < 0)
    {
        printf("Can Not Connect To %s!\n",argv[1]);
        exit(1);
    }

接收、發送數據

關閉鏈接

 完整代碼：https://github.com/iyjhabc/study_examples/blob/master/server.c

編譯c程序 gcc client.c -o client

運行客戶端 ./client 127.0.0.1

127.0.0.1爲保留IP地址，固定指向本地主機。

 

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雖然知道各個函數怎麼用，但這幾個函數都是要組合起來使用，組合得不對使用就會出錯，下面介紹一下如何纔是正確組合TCP函數。

 

　　兩個計算機經過網絡鏈接，說白了經過兩樣東西來定位，IP和端口。套接字其實就是一個已經鏈接到某IP和某端口的一條抽象通道。知道這兩個概念，下面就容易理解了。

一、服務器

　　做爲服務器，通常來講不會首先鏈接別人，而是等別人主動鏈接它，他被動等待別人的鏈接。而且做爲公共使用的服務器，必須有固定的端口，不然別人怎麼知道怎麼找到你？

　　（1）bind().服務器的第一步是把新建的服務器socket套接字bind一個端口。此時此套接字已經跟服務器的IP和端口牢牢聯繫在一塊兒了（但還沒鏈接）。

　　（2）listen()與accept().此二函數是一塊兒使用的，首先把服務器的套接字設爲監聽狀態，而後在循環裏面調用accept。它被調用後會阻塞本身所在的線程，直到有客戶端connect爲止。

　　（3）recv().當有客戶端鏈接服務器，accept的阻塞被釋放，並返回一個已經連向該客戶端的套接字。此時服務器就能夠經過此套接字，使用recv函數接受來自客戶端的數據，並使用send給客戶端發送數據。

　　（4）close().accept返回的套接字使用完成後，必須使用close把它關閉。

　　總結來講，服務器只需本身綁定一個端口，等待客戶端的鏈接。它徹底不用管客戶端的ip和端口，由於accept返回的套接字已經包含了鏈接向客戶端IP和端口的鏈接通路。

二、客戶端

　　做爲客戶端，通常是主動鏈接服務器，等待服務器的迴應。客戶端必須知道想要鏈接的服務器的IP和端口。

　　（1）connect().首先客戶端新建一個套接字，並根據服務器的IP和端口把套接字connect到服務器，造成鏈接通路。

　　（2）send().鏈接成功後，就能夠利用該套接字向服務器發送數據。

　　（3）recvfrom().由於剛纔的套接字已經與服務器造成鏈接，所以也能夠用來接收服務器返回的數據。

　　這裏再說明一下，connect造成與服務器鏈接這個套接字，其實就是服務器端accept返回那個套接字，正由於如此，客戶端才能用這個套接字recv服務器返回的消息。至於爲何用recvfrom而不是recv，接下來講。

　　服務器與客戶端握手對話（客發-服收-服發-客收）代碼可參考如下：

客戶端：https://github.com/iyjhabc/study_examples/blob/master/tcp_data_transport_client.c

服務器：https://github.com/iyjhabc/study_examples/blob/master/tcp_data_transport.c

三、recv與recvfrom

　　衆所周知recv主要用在TCP中，recvfrom主要用在UDP中，但如客戶端須要等待服務器返回的消息，再做下一步運算的話，就應使用recvfrom，如上面的例子，客戶端等待服務器放置數據完成，再從新發送下一輪數據。緣由是，recv默認是非阻塞的，當客戶端發送完後調用recv，服務器還沒發送數據過來recv就已經執行完畢，所以接受不到服務器數據。recvfrom默認是阻塞的，它會等待服務器返回的數據再往下運行。

　　而且recv只能用於TCP，而recvfrom同時用於TCP和UDP。recvfrom參數的地址指針將會記錄接到的數據的來源地址。再有一點，recv和recvfrom參數裏面的套接字，必須是已經創建鏈接的，沒鏈接，怎麼知道接受誰呢？要監放任意的客戶端，應先使用listen和accept。

四、send

　　通常來講，使用一次send，便connect一次。如連續使用send，後面send的數據會丟失。爲什麼？其實聯繫服務器的原理便知道。客戶端connect後，服務器accept並返回一個鏈接雙方的套接字。此時雙方用此套接字發送接收數據。但通常來講服務器recv一次後便會close該套接字。若是此時客戶端繼續試用send，天然就發送不成功了。

　　總結就是，必須在套接字連同的條件下才能使用send（也是recv也是），不少狀況是你本身沒有斷開鏈接，但對方其實已經close了該套接字了，便形成了發送失敗。因此，鏈接一次發送一次數據send一次，是比較安全的作法。