admin 发表于 2020-5-9 01:53:20

编写一个简单的TCP服务端和客户端

实验环境是linux系统,效果如下: 1.启动服务端程序,监听在6666端口上2.启动客户端,与服务端建立TCP连接3.建立完TCP连接,在客户端上向服务端发送消息4.断开连接实现的功能很简单,但是对于初来乍到的我费了不少劲,因此在此总结一下,如有错点请各位大神指点指点
什么是SOCKET(插口):   这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中,翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。
   "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的,听起来总是很怪,虽然可以避免语义上的歧义,但不明显。      对插口通俗的理解就是:它是一个可以用来输入或者输出的网络端,另一端也具有同样相对应的操作。      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是:      每个插口都可以标识某个程序通信的一端,通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层->发送(接收的话与之相反)


如何标识一个SOCKET:       如上定义所述,可以通过地址,协议,端口三要素来确定一个通信端,而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个       SOCKET,Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作,标识符可以用于:插口 管道 目录 设备 文件等等
       描述符是个正整数,事实上他是检查表表项中的一个下标,用于指向打开文件表的结构。       述符前三个标识符012 分别系统保留:标准输入(键盘),标准输出(屏幕),标准错误输出       当我们使用新的描述符来创建socket时,他一般从最小未使用的数字开始分配,也就是3

服务端实现的流程:       1.服务端开启一个SOCKET(socket函数)       2.使用SOCKET绑定一个端口号(bind函数)       3.在这个端口号上开启监听功能(listen函数)       4.当有对端发送连接请求,向其发送ack+syn建立连接(accept函数)       5.接收或者回复消息(read函数 write函数)

客户端实现流程:      1.打开一个SOCKET      2.向指定的IP 和端口号发起连接(connect函数)      3.接收或者发送消息(send函数recv函数)


如何并发处理:      如果按照以上流程实现其实并不难,但是有个缺陷,因为C语言是按顺序单一流程运行,也就是说如果      直接在程序当中使用accept函数(建立连接)的话,那么程序会阻塞在accept这里,这是因为如果客户端      一直没有发送connect连接,那么accept就无法得知客户端的IP和端口,也就只能一直等待(阻塞)直到      有请求触发继续执行为止,这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接,那么服务端只能按照      单一线程去处理第一个客户端,无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

如何解决:下面摘文截取网上的资料,有兴趣者可以看看系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型,该函数用于在非阻塞中,当一个套接字或一组套接字有信号时通知你int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);所在的头文件为:#include <sys/time.h>

#include <unistd.h>功能:测试指定的fd是否可读,可写 或者 是否有异常条件待处理
    readset用来检查可读性的一组文件描述字。
    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。
    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注:不包括错误)
    timeout用于描述一段时间长度,如果在这个时间内,需要监视的描述符没有事件发生则函数返回,返回值为0。

    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能:

1.timeout=NULL               (阻塞:select将一直被阻塞,直到某个文件描述符上发生了事件)

    2.timeout所指向的结构设为非零时间(等待固定时间:如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽,函数均返回)

    3.timeout所指向的结构,时间设为0   (非阻塞:仅检测描述符集合的状态,然后立即返回,并不等待外部事件的发生)   返回值:    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦:只有那些可读,可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。    否则为0哦。举个例子,比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE,它是数据类型fd_set的描述字数量,   其值通常是1024,这样就能表示<1024的fd。

   
fd_set结构体:   文件描述符集合,用于存放多个fd(文件描述符,这里就是套接字)       可以存放服务端的fd,有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作:FD_ZERO(*fds):   将fds设为空集
   
FD_CLR(fd,*fds):   从集合fds中删除指定的fd

FD_SET(fd,*fds):   从集合fds中添加指定的fd

FD_ISSET(fd,*fds): 判断fd是否属于fds的集合步骤如下socket s;
.....
fd_set set;
while(1){
FD_ZERO(&set);                  //将你的套节字集合清空
FD_SET(s, &set);               //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
{                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
                              //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
recv(s,...);
}
//do something here
}假设fd_set长度为1字节,fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符,那么1字节最大可以对应8个fd (1)执行fd_set set; FD_ZERO(&set);则set用位为0000,0000。

   (2)若fd=5,执行FD_SET(fd,&set);   后set变为 0001,0000(第5位置为1)

   (3)若再加入fd=2,fd=1               则set变为 0001,0011

   (4)执行select(6,&set,0,0,0)      阻塞等待

   (5)若fd=1,fd=2                  上都发生可读事件,则select返回,此时set变为0000,0011。注意:没有事件发生的fd=5被清空。1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值2.文件描述符的上限可以修改3.将fd加入select监控集时,还需要一个array数组保存所有值   因为每次select扫描之后,有信号的fd在集合中应被保留,但select将集合清空   因此array数组可以将活跃的fd存放起来,方便下次加入fd集合中   对集合fe_set与array进行遍历存储,即所有fd都重新加入fd_set集合中   另外活跃状态在array中的值是1,非活跃状态的值是04.具体过程看代码会好理解

使用select函数的过程一般是:
    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零,然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set,    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd,最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后,相应位是否仍然为1   复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦,我已经尽力排版了。。。

客户端:#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

#define REMOTE_PORT 6666        //服务器端口
#define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"   //服务器地址

int main(){
int sockfd;
struct sockaddr_in addr;
char msgbuffer;
   
//创建套接字
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd>=0)
    printf("open socket: %d\n",sockfd);

//将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
bzero(&addr,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);

//向服务器发送请求
if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    printf("connect successfully\n");
   
//接收服务器返回的消息(注意这里程序会被阻塞,也就是说只有服务器回复信息,才会继续往下执行)
recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    printf("%s\n",msgbuffer);

while(1){
    //将键盘输入的消息发送给服务器,并且从服务器中取得回复消息
    bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
      perror("ERROR");
   
    bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    printf(":%s\n",msgbuffer);
   
    usleep(500000);
}
}

服务端:#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

#define LOCAL_PORT 6666      //本地服务端口
#define MAX 5            //最大连接数量

int main(){
int sockfd,connfd,fd,is_connected;
struct sockaddr_in addr;
int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
char msgbuffer;
char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
fd_set fds;
   
//创建套接字
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd>=0)
    printf("open socket: %d\n",sockfd);

//将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
bzero(&addr,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
   
//将套接字于端口号绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);

//开启端口监听
if(listen(sockfd,3)>=0)
    printf("begin listenning...\n");

//默认所有fd没有被打开
for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    is_connected=0;

while(1){
    //将服务端套接字加入集合中
    FD_ZERO(&fds);
    FD_SET(sockfd,&fds);
   
    //将活跃的套接字加入集合中
    for(fd=0;fd<MAX;fd++)
      if(is_connected)
      FD_SET(fd,&fds);

    //监视集合中的可读信号,如果某个套接字有信号则继续执行,此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1,其他置为0
    if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
      continue;

    //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    for(fd=0;fd<MAX;fd++){
      if(FD_ISSET(fd,&fds)){
      if(fd==sockfd){                           //如果套接字是服务端,那么与客户端accept建立连接
          connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
          write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
          is_connected=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态,方便下次调用
          printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
      }else{                                    //如果套接字是客户端,读取其信息并返回,如果读取不到信息,冻结其套接字
          if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
            write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
            printf(": %s\n",msgbuffer);
          }else{
             is_connected=0;
             close(fd);
             printf("close connected\n");
          }
      }
      }
    }
}
}





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