54.1 編程模型介紹

54.1.1 TCP 客戶端服務器編程模型

• 客戶端調用序列
  • 調用 socket 函數創建套接字
  • 調用 connect 連接服務器端
  • 調用 I/O 函數(read/write) 與服務器端通訊
  • 調用 close 關閉套接字
• 服務器端調用序列
  • 調用 socket 函數創建套接字
  • 調用 bind 綁定本地地址和端口
  • 調用 listen 啟動監聽
  • 調用 accept 從已連接隊列中提取客戶連接
  • 調用 I/O 函數(read/write)與客戶端通訊
  • 調用 close 關閉套接字

54.1.2 套接字與地址綁定

　　sockaddr 為自定義的結構體，示例如下：

（1）綁定地址

• 函數返回值：成功，則返回 0；出錯，則返回 -1

（2）查找綁定到套接字的地址

• 返回值：成功，則返回 0；出錯，則返回 -1

（3）獲取對方地址

• 返回值：成功，則返回 0；出錯， 則返回 -1

（4）建立連接

　　服務器端：

• 返回：成功返回0；出錯返回 -1.
• 說明：backlog 指定進行客戶端連接排隊的隊列長度

• 函數功能：獲取客戶端的連接
• 函數參數：
  • address：通用地址，可以存放來源於客戶端的地址信息，若不想獲取客戶端的信息，設置為NULL
• 返回值：

　　客戶端：

• 返回：成功返回0；出錯返回 -1

54.1.3 特殊 bind 地址

• 一臺主機可以有多個網絡接口和多個 IP 地址，如果我們只關心某個地址的連接請求，我們可以指定一個具體的本地 IP 地址，如果要響應所有接口上的連接請求，就要使用一個特殊的地址 INADDR_ANY
• #define INADDR_ANY （uint32_t）0x00000000

54.2 TCP 編程例子

　　客戶端連接到服務器端後，服務器端返回給客戶端一個系統時間，客戶端將此時間打印出來

54.2.1 服務器端編程

time_tcp_server.c

  1 #include <netdb.h>
  2 #include <netinet/in.h>
  3 #include <sys/socket.h>
  4
 
 #include <unistd.h>
  5 #include <string.h>
  6 #include <stdio.h>
  7 #include <stdlib.h>
  8 #include <memory.h>
  9 #include <signal.h>
 10 #include <time.h>
 11 #include <arpa/inet.h>
 12 
 13 
 14 int sockfd;
 15 
 16 void sig_handler(int signo)
 17 {
 18     if(signo == SIGINT){
 19         printf("server close\n");
 20         /** 步驟6: 關閉 socket */
 21         close(sockfd);
 22         exit(1);
 23     }
 24 }
 25 
 26 /** 輸出連接上來的客戶端相關信息 */
 27 void out_addr(struct sockaddr_in *clientaddr)
 28 {
 29     /** 將端口從網絡字節序轉換成主機字節序 */
 30     int port = ntohs(clientaddr->sin_port);
 31     char ip[16];
 32     memset(ip, 0, sizeof(ip));
 33     /** 將 ip 地址從網絡字節序轉換成點分十進制 */
 34     inet_ntop(AF_INET, &clientaddr->sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip));
 35     printf("client: %s(%d) connected\n", ip, port);
 36 }
 37 
 38 void do_service(int fd)
 39 {
 40     /** 獲得系統時間 */
 41     long t = time(0);
 42     char *s = ctime(&t);
 43     ssize_t size = strlen(s) * sizeof(char);
 44 
 45     /** 將服務器獲得的系統時間寫回到客戶端 */
 46     if(write(fd, s, size) != size){
 47         perror("write error");
 48     }
 49 }
 50 
 51 int main(int argc, char *argv[])
 52 {
 53     if(argc < 2){
 54         printf("usage: %s #port\n", argv[0]);
 55         exit(1);
 56     }
 57 
 58     if(signal(SIGINT, sig_handler) == SIG_ERR){
 59         perror("signal sigint error");
 60         exit(1);
 61     }
 62 
 63     /** 步驟1: 創建 socket(套接字) 
 64      *  註: socket 創建在內核中，是一個結構體.
 65      *  AF_INET: IPV4
 66      *  SOCK_STREAM: tcp 協議
 67      *  AF_INET6: IPV6
 68      */
 69     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
 70 
 71     /** 
 72      * 步驟2: 調用 bind 函數將 socket 和地址(包括 ip、port)進行綁定
 73      */
 74     struct sockaddr_in  serveraddr;
 75     memset(&serveraddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
 76     /** 往地址中填入 ip、port、internet 地址族類型 */
 77     serveraddr.sin_family = AF_INET;    ///< IPV4
 78     serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); ///< 填入端口
 79     serveraddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; ///< 填入 IP 地址
 80     if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(struct sockaddr_in))){
 81         perror("bind error");
 82         exit(1);
 83     }
 84 
 85     /**
 86      *  步驟3: 調用 listen 函數啟動監聽(指定 port 監聽)
 87      *         通知系統去接受來自客戶端的連接請求
 88      *         (將接受到的客戶端連接請求放置到對應的隊列中)
 89      *  第二個參數: 指定隊列的長度
 90      */
 91     if(listen(sockfd, 10) < 0){
 92         perror("listen error");
 93         exit(1);
 94     }
 95 
 96     /**
 97      *  步驟4: 調用 accept 函數從隊列中獲得一個客戶端的請求連接, 並返回新的
 98      *         socket 描述符
 99      *  註意:  若沒有客戶端連接，調用此函數後會足則, 直到獲得一個客戶端的連接
100      */
101     struct sockaddr_in clientaddr;
102     socklen_t clientaddr_len = sizeof(clientaddr);
103     while(1){
104         int fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &clientaddr_len);
105         if(fd < 0){
106             perror("accept error");
107             continue;
108         }
109 
110         /**
111          *  步驟5: 調用 IO 函數(read/write)和連接的客戶端進行雙向的通信
112          */
113         out_addr(&clientaddr);
114         do_service(fd);
115 
116         /** 步驟6: 關閉 socket */
117         close(fd);
118     }
119 
120     return 0;
121 }

　　編譯測試：

　　可以看到，另一個終端返回了系統時間。

54.2.2 客戶端編程

　　time_tcp_client.c

 1 #include <sys/types.h>
 2 #include <stdlib.h>
 3 #include <stdio.h>
 4 #include <memory.h>
 5 #include <unistd.h>
 6 #include <sys/socket.h>
 7 #include <netdb.h>
 8 #include <signal.h>
 9 #include <string.h>
10 #include <time.h>
11 #include <arpa/inet.h>
12 
13 
14 int main(int argc, char *argv[])
15 {
16     if(argc < 3){
17         printf("usage: %s ip port\n", argv[0]);
18         exit(1);
19     }
20 
21     /** 步驟1: 創建 socket */
22     int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
23     if(sockfd < 0){
24         perror("socket error");
25         exit(1);
26     }
27 
28     /** 往 serveraddr 中填入 ip、port 和地址族類型(ipv4) */
29     struct sockaddr_in serveraddr;
30     memset(&serveraddr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));
31     serveraddr.sin_family = AF_INET;
32     serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
33     /** 將 ip 地址轉換成網絡字節序後填入 serveraddr 中  */
34     inet_pton(AF_INET, argv[1], &serveraddr.sin_addr.s_addr);
35 
36     /**
37      *  步驟2: 客戶端調用 connect 函數連接到服務器端
38      */
39     if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0){
40         perror("connect error");
41         exit(1);
42     }
43 
44     /** 步驟3: 調用 IO 函數(read/write)和服務器端進行雙向通信 */
45     char buffer[1024];
46     memset(buffer, 0, sizeof(buffer));
47     ssize_t size;
48     if((size = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer))) < 0){
49         perror("read error");
50     }
51     if(write(STDIN_FILENO, buffer, size) != size){
52         perror("write error");
53     }
54 
55     /** 步驟4: 關閉 socket */
56     close(sockfd);
57 
58     return 0;
59 }

　　編譯在兩個終端上，一個打開服務器，一個打開客戶端測試:

五十四、linux 編程——TCP 編程模型