socket编程 -- 基于TCP协议的C/S通信模型及实现

你的名字 2022-08-20 07:14 191阅读 0赞

## 基于TCP协议的客户端/服务器的程序 ##

下图是基于TCP协议的客户端/服务器程序的一般流程

![这里写图片描述][20160212232959653]

服务器调用`socket()、bind()、listen()`完成初始化后，调用accept()阻塞等待，处于监听端口的状态，客户端调用socket()初始化后，调用connect()发出SYN段并阻塞等待服务器应答，服务器应答一个SYN-ACK段，客户端收到后从connect()返回，同时应答一个ACK段，服务器收到后从accept()返回。

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**数据传输的过程**：  
建立连接后，TCP协议提供全双工的通信服务，但是一般的客户端/服务器程序的流程是 由客户端主动发起请求，服务器被动处理请求，一问一答的方式。  
因此，服务器从accept()返回后立刻调用read()，读socket就像读管道一样，如果没有数据到达就阻塞等待，这时客户端调用write()发送请求给服务器，服务器收到后从read()返回，对客户端的请求进行处理，在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答，服务器调用write()将处理结果发回给客户端，再次调用read()阻塞等待下一条请求，客户端收到后从read()返回，发送下一条请求，如此循环下去。  
如果客户端没有更多的请求了，就调用close()关闭连接，就像写端关闭的管道一样， 服务器的read()返回0，这样服务器就知道客户端关闭了连接，也调用close()关闭连接。

注意：  
任何一方调用close()后，连接的两个传输方向都关闭，不能再发送数据了。  
如果一方调用shutdown()则连接处于半关闭状态，仍可接收对方发来的数据。

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## 客户端/服务器程序的实例 ##

通过最简单的客户端/服务器程序的实例：

**server服务端代码：**  
`server.c`的作用是从客户端读字符，然后将每个字符转换为大写并回送给客户端。

/* server.c */
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    #include <arpa/inet.h>
    
    #define MAXLINE 80
    #define SERV_PORT 8000
    
    int main(void)
    {
        /*网络套接字地址结构体 服务端servaddr 客户端cliaddr*/   
        struct sockaddr_in servaddr, cliaddr; 
        socklen_t cliaddr_len;  
        int listenfd, connfd;   //监听文件描述符、连接文件描述符
        char buf[MAXLINE];      
        char str[INET_ADDRSTRLEN];//#define INET_ADDRSTRLEN 16  /* for IPv4 dotted-decimal */ 
        int i, n;
    
        listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);  //打开一个网络通讯端口，分配一个文件描述符listenfd
    
        bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));          //清空服务端套接字
        servaddr.sin_family = AF_INET;               //地址采用IPv4地址 
        servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//地址从主机字节顺序转换成网络字节顺序
        servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);        //端口号从主机字节顺序转换成网络字节顺序
    
        /*将文件描述符listenfd和服务器地址绑定在一起*/
        bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr));
    
        /*声明listenfd处于监听状态，并且最多允许有20个客户端处于待连接状态*/
        listen(listenfd, 20);
    
        printf("等待连接中...\n");
        while(1){
            cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
            /*connfd文件描述符用于和客户端通信，服务器调用accept()接受连接*/
            connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cliaddr, &cliaddr_len);
            /*从connfd中读取数据*/
            n = read(connfd, buf, MAXLINE);
            printf("received from %s at PORT %d\n",
                    inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
                    ntohs(cliaddr.sin_port));
    
            for(i = 0; i<n; i++){
                buf[i] = toupper(buf[i]);
            }
            /*往connfd中写数据*/
            write(connfd, buf, n);
            close(connfd);
        }
    }

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**client客户端代码**  
`client.c`的作用是从命令行参数中获得一个字符串发给服务器，然后接收服务器返回的 字符串并打印。

/* client.c */
    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <string.h>
    #include <unistd.h>
    #include <sys/socket.h>
    #include <netinet/in.h>
    
    #define MAXLINE 80
    #define SERV_PORT 8000
    
    int main(int argc, char *argv[])
    {
        struct sockaddr_in servaddr;
        char buf[MAXLINE];
        int sockfd, n;
        char *str;
    
        if(argc != 2){
            fputs("args err\n", stderr);
            exit(1);
        }
    
        str = argv[1];
        sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    
        bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
        servaddr.sin_family = AF_INET;
        inet_pton(AF_INET, "127.0.0.1", &servaddr.sin_addr);
        servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);
        /*连接*/
        connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));
        /*向sockfd写入字符串str*/
        write(sockfd, str, strlen(str));
        /*读取经过服务端处理的sockfd到buf中*/
        n = read(sockfd, buf, MAXLINE);
        printf("服务端应答:\n");
        /*输出buf*/
        write(STDOUT_FILENO, buf, n);
        close(sockfd);
    
        return 0;
    }

编译执行及运行结果:

yu@ubuntu:~/Linux/212$ gcc -o client client.c
    yu@ubuntu:~/Linux/212$ gcc -o server server.c
    yu@ubuntu:~/Linux/212$ ls
    client  client.c  server  server.c
    yu@ubuntu:~/Linux/212$ ./server
    等待连接中...
    received from 127.0.0.1 at PORT 41404
    received from 127.0.0.1 at PORT 41405
    received from 127.0.0.1 at PORT 41406
    received from 127.0.0.1 at PORT 41407

另开一终端执行客户端程序：

yu@ubuntu:~/Linux/212$ ./client hey
    服务端应答:
    HEY
    yu@ubuntu:~/Linux/212$ ./client howareyou
    服务端应答:
    HOWAREYOU
    yu@ubuntu:~/Linux/212$ ./client 3q
    服务端应答:
    3Q
    yu@ubuntu:~/Linux/212$ ./client bye
    服务端应答:
    BYE

[20160212232959653]: /images/20220731/840dbe60fc974097b5e83da01987a2be.png