本文介绍了 Linux 下的 TCP Socket 编程基础知识，包括主要流程、关键结构与函数，并通过一个简单实例展示了服务器与客户端之间的通信过程。
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1、TCP网络编程主要流程
图1.1
注意：图1.1中可以看到close指向read并且标有结束连接的指示，可能有些人会有疑问，这个标注的意思是服务器在处理客户端的时候是循环读取的，如果客户端没有发送数据服务器处理客户端的线程是阻塞在read这里的，当客户端调用close后，服务器read就会立刻返回-1，这时服务器处理线程才会继续向下执行。如果客户端没有执行close而是直接异常退出，那么服务器端的read会立即返回0，所以在read后面一定要判断返回值，根据不同返回值进行不同的处理，这些是在试实验中总结的经验。
2、结构及相关函数
(1) struct sockaddr(套接字的普通C定义通用的地址结构)
structsockaddr {
u_charsa_len;//长度
u_short sa_family;//协议
char sa_data[14];//数据
};
(2) struct sockaddr_in(IP专用的地址结构)
structsockaddr_in {
u_char sin_len;//长度
u_short sin_family；//协议
u_short sin_port；//端口
structin_addr sin_addr;//ip地址
char sin_zero[8];//数据
};
(3) struct in_addr
structin_addr {
u_longs_addr;
};
用来表示一个32位的IPv4地址，其字节顺序为网络顺序。
(4) int Socket( int domain, int type,int protocol)
功能：创建一个新的套接字，返回套接字描述符
参数说明：
domain：域类型，指明使用的协议栈，如TCP/IP使用的是 PF_INET ，其他还有AF_INET6、AF_UNIX
type:指明需要的服务类型, 如
SOCK_DGRAM:数据报服务，UDP协议
SOCK_STREAM:流服务，TCP协议
protocol:一般都取0(由系统根据服务类型选择默认的协议)
(5) int bind(int sockfd,struct sockaddr* my_addr,int addrlen) 功能：为套接字指明一个本地端点地址
TCP/IP协议使用sockaddr_in结构，包含IP地址和端口号，服务器使用它来指明熟知的端口号，然后等待连接
参数说明：
sockfd:套接字描述符，指明创建连接的套接字
my_addr:本地地址，IP地址和端口号
addrlen:地址长度
套接口中port=0表示由内核指定端口号，设定sin_addr为INADDR_ANY，由内核指定IP地址。
(6) int listen(int sockfd,intinput_queue_size)
功能：
面向连接的套接字使用它将一个套接字置为被动模式，并准备接收传入连接。用于服务器，指明某个套接字连接是被动的
参数说明：
Sockfd:套接字描述符，指明创建连接的套接字
input_queue_size:该套接字使用的队列长度,指定在请求队列中允许的最大请求数
(7) int accept(int sockfd, structsockaddr *addr, int *addrlen)
功能：获取传入连接请求，返回新的连接的套接字描述符。
为每个新的连接请求创建了一个新的套接字，服务器只对新的连接使用该套接字，原来的监听套接字接收其他的连接请求。新的连接上传输数据使用新的套接字，使用完毕，服务器将关闭这个套接字。
参数说明：
Sockfd:套接字描述符，指明正在监听的套接字
addr:提出连接请求的主机地址
addrlen:地址长度
(8) int connect(int sockfd,structsockaddr *server_addr,int sockaddr_len)
功能： 同远程服务器建立主动连接，成功时返回0，若连接失败返回－1。
参数说明：
Sockfd:套接字描述符，指明创建连接的套接字
Server_addr:指明远程端点：IP地址和端口号
sockaddr_len :地址长度
(9)int send(int sockfd, const void * data, int data_len, unsigned int flags)
功能：
在TCP连接上发送数据,返回成功传送数据的长度，出错时返回－1。send会将外发数据复制到OS内核中，也可以使用send发送面向连接的UDP报文。
参数说明：
sockfd:套接字描述符
data:指向要发送数据的指针
data_len:数据长度
flags:通常为0
如果send()函数的返回值小于len的话，则你需要再次发送剩下的数据。802.3，MTU为1492B，如果包小于1K，那么send()一般都会一次发送光的。
(10) int recv(int sockfd, void *buf, intbuf_len,unsigned int flags)
功能：
从TCP接收数据,返回实际接收的数据长度，出错时返回－1。
服务器使用其接收客户请求，客户使用它接受服务器的应答。如果没有数据，将阻塞。如果TCP收到的数据大于(/小于)缓存的大小，只抽出能够填满缓存的足够数据(/抽出所有数据并返回它实际接收的字节数)。也可以使用recv接收面向连接的UDP的报文，若缓存不能装下整个报文，填满缓存后剩下的数据将被丢弃。
参数说明：
Sockfd:套接字描述符
Buf:指向内存块的指针
Buf_len:内存块大小，以字节为单位
flags:一般为0(MSG_WAITALL接收到指定长度数据时才返回)，设置为 MSG_DONTWAIT为非阻塞
(11)close(int sockfd)
功能：
撤销套接字.如果只有一个进程使用，立即终止连接并撤销该套接字，如果多个进程共享该套接字，将引用数减一，如果引用数降到零，则关闭连接并撤销套接字。
参数说明：
sockfd:套接字描述符
3、TCPSocket客户服务器通信实例
下面通过一个简单的例子来形象地演示图1.1中所示的过程，服务器等待客户端连接，连接后等待客户端发送数据，服务器收到客户端发来的数据之后再发送回去，一个“回发”的功能。
服务器代码：
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/socket.h>
- #include <stdio.h>
- #include <netinet/in.h>
- #include <arpa/inet.h>
- #include <unistd.h>
- #include <string.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <sys/shm.h>
- #define MYPORT 8887
- #define QUEUE 20
- #define BUFFER_SIZE 1024
- int main()
- {
- ///定义sockfd
- int server_sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0);
- ///定义sockaddr_in
- struct sockaddr_in server_sockaddr;
- server_sockaddr.sin_family = AF_INET;
- server_sockaddr.sin_port = htons(MYPORT);
- server_sockaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
- ///bind，成功返回0，出错返回-1
- if(bind(server_sockfd,(struct sockaddr *)&server_sockaddr,sizeof(server_sockaddr))==-1)
- {
- perror("bind");
- exit(1);
- }
- printf("监听%d端口\n",MYPORT);
- ///listen，成功返回0，出错返回-1
- if(listen(server_sockfd,QUEUE) == -1)
- {
- perror("listen");
- exit(1);
- }
- ///客户端套接字
- char buffer[BUFFER_SIZE];
- struct sockaddr_in client_addr;
- socklen_t length = sizeof(client_addr);
- printf("等待客户端连接\n");
- ///成功返回非负描述字，出错返回-1
- int conn = accept(server_sockfd, (struct sockaddr*)&client_addr, &length);
- if(conn<0)
- {
- perror("connect");
- exit(1);
- }
- printf("客户端成功连接\n");
- while(1)
- {
- memset(buffer,0,sizeof(buffer));
- int len = recv(conn, buffer, sizeof(buffer),0);
- //客户端发送exit或者异常结束时，退出
- if(strcmp(buffer,"exit\n")==0 || len<=0)
- break;
- printf("来自客户端数据：%s\n",buffer);
- send(conn, buffer, len, 0);
- printf("发送给客户端数据：%s\n",buffer);
- }
- close(conn);
- close(server_sockfd);
- return 0;
- }
客户端代码：
- #include <sys/types.h>
- #include <sys/socket.h>
- #include <stdio.h>
- #include <netinet/in.h>
- #include <arpa/inet.h>
- #include <unistd.h>
- #include <string.h>
- #include <stdlib.h>
- #include <fcntl.h>
- #include <sys/shm.h>
- #define MYPORT 8887
- #define BUFFER_SIZE 1024
- char* SERVER_IP = "127.0.0.1";
- int main()
- {
- ///定义sockfd
- int sock_cli = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0);
- ///定义sockaddr_in
- struct sockaddr_in servaddr;
- memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
- servaddr.sin_family = AF_INET;
- servaddr.sin_port = htons(MYPORT); ///服务器端口
- servaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERVER_IP); ///服务器ip
- printf("连接%s:%d\n",SERVER_IP,MYPORT);
- ///连接服务器，成功返回0，错误返回-1
- if (connect(sock_cli, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
- {
- perror("connect");
- exit(1);
- }
- printf("服务器连接成功\n");
- char sendbuf[BUFFER_SIZE];
- char recvbuf[BUFFER_SIZE];
- while (fgets(sendbuf, sizeof(sendbuf), stdin) != NULL)
- {
- printf("向服务器发送数据：%s\n",sendbuf);
- send(sock_cli, sendbuf, strlen(sendbuf),0); ///发送
- if(strcmp(sendbuf,"exit\n")==0)
- break;
- recv(sock_cli, recvbuf, sizeof(recvbuf),0); ///接收
- printf("从服务器接收数据：%s\n",recvbuf);
- memset(sendbuf, 0, sizeof(sendbuf));
- memset(recvbuf, 0, sizeof(recvbuf));
- }
- close(sock_cli);
- return 0;
- }
运行结果：
TCP编程注意：
1、Accept（）接收返回值为客户端的新socket，原来的socket用户继续监听端口。
2、Recv（）返回0代表连接关闭。
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