Socket通讯编程

一、实验要求

  基于 SOCKET通讯技术，在 Windows 平台下，采用 C语言设计开发一个类似 FTP 的文件服务器、客户端程序。客户端可以上传文件到服务器、可以列表服务器文件、可以下载保存文件。

二、实验环境

  系统：Windows 10
  语言：C语言
  开发工具：Dcv-C++ 5.11

三、浅谈Socket

  看一看百度百科的解释：所谓套接字(Socket)，就是对网络中不同主机上的应用进程之间进行双向通信的端点的抽象。一个套接字就是网络上进程通信的一端，提供了应用层进程利用网络协议交换数据的机制。从所处的地位来讲，套接字上联应用进程，下联网络协议栈，是应用程序通过网络协议进行通信的接口，是应用程序与网络协议根进行交互的接口。
  一张图来解释一下（图片源于https://blog.youkuaiyun.com/pashanhu6402/article/details/96428887,这篇文章对Socket讲解的很详细，在此就不再赘述）：

四、代码下载

  完整的实验代码可以从https://gitee.com/haaaaaaaaaaaa/SourceCode.git上下载，仓库中还有其他实验代码，感兴趣的话可以看看，文章末尾也附有代码。

五、服务端

1、主要步骤：

1. socket() 创建一个 Socket
2. bind()
3. listen() 监听
4. accept() 接收连接的请求
5. 进行会话
6. close() ，关闭 Socket

2、代码设计

/*
Description:Socket 服务器端编程主要步骤如下：
				1、socket() 创建一个 Socket
    			2、bind()
    			3、listen() 监听
    			4、accept() 接收连接的请求
    			5、进行会话
    			6、close() 关闭 Socket
Version:	Dev-C++ 5.11
Date:		2020/05/01
*/ 

#include <stdio.h>          //Needed for printf()
#include <string.h>         //Needed for memcpy() and strcpy()
#include <winsock2.h>
#include <windows.h>        //Needed for all Winsock stuff
#include <ws2tcpip.h>		//Needed forsocklen_t 
#include <stdlib.h>			//解决程序结果一闪而过 
#include "dirent.h"   		//查询文件名需要 

//-----------------------------------------------------
#define PORT_NUM   			5000      //服务器端口号
#define MAX_LISTEN    		3      	  //最大监听数
#define FILE_NAME_MAX_SIZE	512  	  //文件名最大长度 
#define BUFFER_SIZE         1024*4	  //缓冲区大小 
#define FilePath            "./"	  //文件目录，提供目录中所有文件名给client 

unsigned int        server_s;         //Server socket 标示符
struct sockaddr_in  server_addr;      //Server 地址
unsigned int        client_s;         //Client socket标示符
struct sockaddr_in	client_addr;      //Client Internet address
struct in_addr      client_ip_addr;   //Client IP address
int                 addr_len;         //Internet address length
char                out_buf[BUFFER_SIZE];    // 1024*4-byte 输出缓冲区
char                in_buf[BUFFER_SIZE];     // 1024*4-byte 接收缓冲区

/*初始化，建立Socket */
void SocketInit(){
	// 建立socket
	if((server_s = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))<0){
		perror("SocketError");
		exit(1);
	}else{
		printf("Server create socket successfully!\n");
	}
	// 配置socket
	server_addr.sin_family 		= AF_INET;          	// Address family to use
	server_addr.sin_port 		= htons(PORT_NUM);    	// 使用端口号
	server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 	//监听任一IP地址
	//bind函数将socket与本地协议端口绑定 
	bind(server_s,(struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
} 

/*开始监听,等待客户端连接 */
void Listen (){
	// 监听连接
	printf("Start listening...\n");
	listen(server_s, MAX_LISTEN);
}

/*接受连接，显示IP和端口*/
void Accept(){
	// 接受连接
	addr_len = sizeof(client_addr);
	if((client_s = accept (server_s, (struct sockaddr *)&client_addr, &addr_len))<0){
		perror("AcceptError");
		exit(1);
	}else{
		printf("Accept successfully!\n");
	}
	memcpy(&client_ip_addr, &client_addr.sin_addr.s_addr, 4);
	//输出一条接收完成的消息
	//inet_ntoa将一个十进制网络字节序转换为点分十进制IP格式的字符串
	printf("Accept completed!!!  IP address of client = %s  port = %d \n", inet_ntoa(client_ip_addr), ntohs(client_addr.sin_port));
}

/*向客户端发送数据*/
void SendToClient(){
	memset(in_buf,'\0',sizeof(in_buf));					//将in_buf清空，用来接收数据 
	socklen_t length = sizeof(client_addr);
    length = recv(client_s, in_buf, sizeof(in_buf), 0); //接收client发送的文件名 
    if (length < 0)
    {
        printf("Server recieve data failed!\n");
        exit(1);
    }
    char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];				//存放文件名 
	memset(file_name,'\0',sizeof(file_name));			//将file_name清空，用来存放文件名 
	//将接收到的文件名放入file_name
    strncpy(file_name, in_buf,strlen(in_buf) > FILE_NAME_MAX_SIZE ? FILE_NAME_MAX_SIZE : strlen(in_buf));
    //文件操作 
    FILE *fp = fopen(file_name, "r");
    if (fp == NULL)
    {
        printf("File:\t%s not found!\n", file_name);
    }
	else
    {
        memset(out_buf,'\0',sizeof(out_buf));			//将out_buf清空，用来存放要发送的数据
        int file_block_length = 0;						//文件长度 
        //将文件数据存入到out_buf，准备发送 
        while( (file_block_length = fread(out_buf, sizeof(char), BUFFER_SIZE, fp)) > 0)
        {
            printf("File length = %d\n", file_block_length);
            // 发送buffer中的字符串到client_s,实际上就是发送给客户端
            if (send(client_s, out_buf, (strlen(out_buf) + 1), 0) < 0)
            {
                printf("Send file:\t%s failed!\n", file_name);
                break;
            }
        	memset(out_buf,'\0',sizeof(out_buf));		//将out_buf清空，以便下次使用 
        }
        fclose(fp);
        printf("File:\t%s transfer finished!\n", file_name);
    }    
} 

/*接收从客户端发送来的数据*/ 
void ReceiveFromClient(){
	char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];  	//存放文件名 
	memset(file_name,'\0',sizeof(file_name)); 	//将file_name清空，用来存放文件名 
	memset(in_buf,'\0',sizeof(in_buf));			//将in_buf清空，用来接收收到的文件名  
	recv(client_s, in_buf, sizeof(in_buf), 0);	//接收client发送过来的文件名 
	//将接收到的文件名放入file_name 
	strncpy(file_name, in_buf, strlen(in_buf) > BUFFER_SIZE ? BUFFER_SIZE : strlen(in_buf));  
   	//文件操作 
	FILE *fp = fopen(file_name, "w");  
    if (fp == NULL)  
    {  
        printf("File:\t%s Can not open to write!\n", file_name);  
        exit(1);  
    }
	// 从服务器端接收数据到in_buf中     
	memset(in_buf,'\0',sizeof(in_buf));			//将in_buf清空，用来接受数据 
    int length = 0;  
	//接收client发送来的数据 
    while(length = recv(client_s, in_buf, sizeof(in_buf), 0))  
    {  
        if (length < 0)  
        {  
            printf("Recieve data from server failed!\n");  
            break;  
        }  
        //将接收的数据写入文件 
        int write_length = fwrite(in_buf, sizeof(char), length, fp);  
        if (write_length < length)  
        {  
            printf("File:\t%s write failed!\n", file_name);  
            break;  
        }  
        memset(in_buf,'\0',sizeof(in_buf));		//将in_buf清空，以便下次使用 
    }
    fclose(fp); //关闭文件 
	printf("Recieve file:\t %s from client finished!\n", file_name);  
}

/*
发送所有文件名给client以便列表出server所有文件
会找出.和..这种目录，没有办法传输 
*/
void SendFileNameToClient(){
	int i = 0;				//记录文件数目 
	char stop[4]="Stop";	//文件名发送完毕标志 
    DIR *dir = NULL;  
    struct dirent *entry;  
    if((dir = opendir(FilePath))==NULL)  
    {  
      	printf("opendir failed!");  
      //return -1;  
    }
	else //if (entry->d_name[0] != '.') //文件名不是'.'或'..'时,没办法忽略 
    {  
     	while(entry=readdir(dir))  
      	{  
      		i++;
       		printf("File Name%d: %s\n",i,entry->d_name);	//输出文件或者目录的名称
       		memset(out_buf,'\0',sizeof(out_buf));			//将out_buf清空，用来存放要发送的文件名
			//将接收到的文件名放入file_name 
			strncpy(out_buf, entry->d_name, strlen(entry->d_name) > BUFFER_SIZE ? BUFFER_SIZE : strlen(entry->d_name)); 
			send(client_s, out_buf, (strlen(out_buf) + 1), 0); 
     	}  
     	closedir(dir);
     	//发送结束标志，文件名全部发送完毕。
		//弊端就是要是文件有以Stop...来命名就会出现BUG 
		send(client_s, stop, (strlen(stop) + 1), 0); 
     }	   
} 
 
/*接收client发送来的功能选择*/
void ReceiveChoiceFromClient(){
	char choice[20];//存放选择，及功能前的数字 
	recv(client_s, choice, sizeof(choice), 0);
	printf("The option received:%s\n",choice);
	if(choice[0]=='1'){
		printf("The option received:%s\tUpload Files\n",choice);
		ReceiveFromClient();
	}
	if(choice[0]=='2'){
		printf("The option received:%s\tSend All Files Name\n",choice);
		SendFileNameToClient();
	}	
	else if(choice[0]=='3'){
		printf("The option received:%s\tDownload Files\n",choice);
		SendToClient();
	}	
	else
		printf("Input Error!\n");
}

//主程序 
int main(){ 
	WORD wVersionRequested = MAKEWORD(1,1);  // Stuff for WSA functions
	WSADATA wsaData;                         // Stuff for WSA functions
	//初始化winsock
	WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
	while(1)
	{
  		printf("**********************************************************\n");
  		printf("*                         Server                         *\n");
  		printf("**********************************************************\n");
  		printf("*                         Welcome                        *\n");
  		printf("**********************************************************\n");
  		SocketInit(); //初始化socket 
		Listen();
		Accept();
		ReceiveChoiceFromClient();
		//关闭sockets
		closesocket(server_s);
		closesocket(client_s);
	}
	//释放winsock
	WSACleanup();
	//解决程序结果一闪而过
	system("pause"); 
	return 0; 
}

六、客户端

1、主要步骤

1. socket() 创建一个 Socket
2. connect() 与服务器连接
3. 进行会话
4. close() ，关闭 Socket

2、代码设计

/*
Description:Socket 客户端编程主要步骤如下：
				1、socket() 创建一个 Socket
				2、connect() 与服务器连接
				3、进行会话
				4、close() 关闭 Socket
Version:	Dev-C++ 5.11
Date:		2020/05/01
*/ 

#include <stdio.h>          // Needed for printf()
#include <string.h>         // Needed for memcpy() and strcpy()
#include <windows.h>      	// Needed for all Winsock stuff

//----- Defines --------------
#define PORT_NUM			5000     			//服务器端口号
#define IP_ADDR				"127.0.0.1" 	    //服务器IP 地址（本机）
#define FILE_NAME_MAX_SIZE  512  	        	//文件名最大长度 
#define BUFFER_SIZE         1024*4				//缓冲区大小 

unsigned int        server_s;        			//Server socket descriptor
struct sockaddr_in	server_addr;     			//Server Internet address
char                out_buf[BUFFER_SIZE];    	//1024*4-byte 输出缓冲区
char                in_buf[BUFFER_SIZE];     	//1024*4-byte 接收缓冲区

/*初始化，建立Socket */
void SocketInit(){
	// 建立socket
    if((server_s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)) < 0) {
        perror("SocketError");
        exit(1);
    } else {
        printf("Client create socket successfully!\n");
    }
  	// 配置socket，建立连接
  	server_addr.sin_family      = AF_INET;    			// Address family to use
  	server_addr.sin_port        = htons(PORT_NUM);   	//端口号
  	server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP_ADDR); 	// IP 地址
} 

/*和Server建立连接*/
void Connect(){
	//建立连接 
  	printf("Request connection...\n");
	if((connect(server_s, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(server_addr))) < 0) {
        perror("ConnectError");							//打印错误信息 
        exit(1);
    } else {
        printf("Connnect successfully!\n");
    }
}

/*接受服务器发送来的文件*/
void ReceiveFromServer(){
	char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];  	//存放文件名 
	memset(file_name,'\0',sizeof(file_name));	//将file_name清空，用来存放文件名 
    printf("Please input file name on server to download:\t");  
    scanf("%s", file_name);  					//输入文件名 
	//将文件名放入in_buf中 
	strncpy(in_buf, file_name, strlen(file_name) > BUFFER_SIZE ? BUFFER_SIZE : strlen(file_name));  
    // 向服务器发送in_buf中的数据，此时in_buf中存放的是客户端需要下载的文件的名字  
    send(server_s, in_buf, (strlen(in_buf) + 1), 0);  
	//文件操作 
	FILE *fp = fopen(file_name, "w");  
    if (fp == NULL)  
    {  
        printf("File:\t%s Can not open to write!\n", file_name);  
        exit(1);  
    }   
	memset(in_buf,'\0',sizeof(in_buf));			//将in_buf清空，用来接受数据 
    int length = 0;
	// 从服务器端接收文件数据到in_buf中    
    while(length = recv(server_s, in_buf, sizeof(in_buf), 0))  
    {  
        if (length < 0)	//判断是否接收（recv）成功 
        {  
            printf("Recieve data from server failed!\n");  
            break;  
        }  
        int write_length = fwrite(in_buf, sizeof(char), length, fp);//将收到的文件数据写入文件 
        if (write_length < length)  								//判断是否写入成功 
        {  
            printf("File:\t%s write failed!\n", file_name);  
            break;  
        }  
        memset(in_buf,'\0',sizeof(in_buf));							//将in_buf清空，以便下次使用 
    }
    fclose(fp); 													//关闭文件 
	printf("Recieve file:\t %s from server finished!\n", file_name);  
}

/*向服务器端发送文件*/ 
void SendToServer(){
	char file_name[FILE_NAME_MAX_SIZE + 1];   	//存放文件名 
	memset(file_name,'\0',sizeof(file_name));	//将file_name清空，用来存放文件名 
    printf("Please input file name on server to upload:\t");  
    scanf("%s", file_name);
	
	memset(out_buf,'\0',sizeof(out_buf));		//将out_buf清空，用来存放要发送的文件的名字 
	//将文件名放入out_buf，以便发送 
	strncpy(out_buf, file_name, strlen(file_name) > BUFFER_SIZE ? BUFFER_SIZE : strlen(file_name));  
    //文件操作 
    FILE *fp = fopen(file_name, "r");
    if (fp == NULL)
    {
        printf("File:\t%s not found!\n", file_name);
    }
	else
    {
    	// 向服务器发送out_buf中的数据，此时out_buf中存放的是客户端需要上传的文件的名字  
    	send(server_s, out_buf, (strlen(out_buf) + 1), 0); //先将文件名发送给server  
        memset(out_buf,'\0',sizeof(out_buf));	//将out_buf清空，用来存放要发送的数据
        int file_block_length = 0;				//文件长度 
        //将文件里的数据读入到out_buf中 
        while( (file_block_length = fread(out_buf, sizeof(char), BUFFER_SIZE, fp)) > 0)
        {
            printf("File length = %d\n", file_block_length);
            // 发送out_buf中的字符串到server
            if (send(server_s, out_buf, (strlen(out_buf) + 1), 0) < 0)
            {
                printf("Send file:\t%s failed!\n", file_name);
                break;
            }
        	memset(out_buf,'\0',sizeof(out_buf));//将out_buf清空
        }
        fclose(fp);
        printf("File:\t%s transfer finished!\n", file_name);
    }  
} 

/*接收server发来的所有文件名，以便列出文件名列表*/
void ReceiveFileNameFromServer(){
	int i = 0;	//记录文件数目
	while(1){
		i++;
		memset(in_buf,'\0',sizeof(in_buf));			//将in_buf清空，用来接受文件名
		recv(server_s, in_buf, sizeof(in_buf), 0); 
		if(in_buf[0]=='S'&&in_buf[1]=='t'&&in_buf[2]=='o'&&in_buf[3]=='p'){
			break;
		}
		else{
			printf("File Name%d: %s\n",i,in_buf);	//输出文件或者目录的名称
		}	
	}
} 

/*向server发送需要进行的操作*/
void SendChoiceToServer(){
	//发送给server需要进行什么操作 
	printf("Input a number, select the function you need:"); 
	char choice[20];//选择功能前的数字
	scanf("%s",choice); 
	send(server_s,choice,(strlen(choice)+1),0); 
	if(choice[0]=='1')
		SendToServer();
	else if(choice[0]=='2')
		ReceiveFileNameFromServer();
	else if(choice[0]=='3')
		ReceiveFromServer();
	else {
		printf("Input Error!Please input again.\n");
	}		
} 

//===== Main program ======
int main(){
	WORD wVersionRequested = MAKEWORD(1,1);     // Stuff for WSA functions
  	WSADATA wsaData;           					// Stuff for WSA functions
	// 初始化winsock
  	WSAStartup(wVersionRequested, &wsaData);
  	while(1){
  		printf("**********************************************************\n");
  		printf("*                         Client                         *\n");
  		printf("**********************************************************\n");
  		printf("*                         Function List:                 *\n");
  		printf("*                         1、Upload Files                *\n");
  		printf("*                         2、List Files                  *\n");
  		printf("*                         3、Download Files              *\n");
  		printf("**********************************************************\n");
  		//初始化socket
		SocketInit();
		//连接 
		Connect();
		//发送操作选项 
		SendChoiceToServer();
  		// 关闭sockets
  		closesocket(server_s);
	} 
  	// 释放 winsock
  	WSACleanup();
  	return 0;
}

七、运行截图

  文件夹展示：

  初始化：

  列表服务端文件名：

  上传文件和下载文件再次不再展示，选择相应功能前的数字指令均可实现。

八、结语

  实验代码还有很多需要优化处理的地方，感兴趣的话可以尝试一下。若文章有问题，或有更好的思路和想法，欢迎在评论区留言讨论。

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谢谢浏览！