Linux嵌入式网络 _ TCP编程基础

一、TCP编程概念

• TCP通信过程可由以下 图例表示：

                          

二、TCP编程 API 介绍

• 在以上图中，TCP通信中 最重要的 五 个API ，详细解析如下：

1、第一个API  ——  socket(int domain, int type, int protocol)   （创建一个特殊的文件描述符）

       #include <sys/types.h>          /* See NOTES */

       #include <sys/socket.h>

       int socket(int domain, int type, int protocol);

• 作用：

2、第二个API  ——  bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t  addrlen) 绑定函数

NAME：

       bind - bind a name to a socket   //给Socket 绑定一个 名字

SYNOPSIS：

       #include <sys/types.h>          /* See NOTES */

       #include <sys/socket.h>

       int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t  addrlen);

struct sockaddr {    //通用结构体
                 sa_family_t sa_family;  //两个字节
                 char        sa_data[14];
                }

struct sockaddr_in {
                    safamily_t    sin_family; /* address family: AF_INET */
                    in_port_t      sin_port;   /* port in network byte order */
                    struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
                };
           /* Internet address. */
 struct in_addr {
                  uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
                };

RETURN VALUE：

             On  success,  zero is returned.  On error, -1 is returned, and errno is

       set appropriately.                                       

• 基于Innternet通信结构体 要强制转换成  通用结构体；

3、第三个API: listen (int sockfd,int backlog);  //主动套接字  编程被动套接字

4、第四个API  : accept ( int socket , struct sockaddr * addr, socket_t *addrlen);

• 服务器在阻塞等待 客户端连接请求时，会为每一个客户端申请一个新的 文件描述符，向新的文件描述符中读/写 数据，就相当于向客户端读/写入数据；
• accept 中第二个参数 中会 保存来请求客户端 的相关信息（IP地址 + 端口号）；再简单的系统中，可以不需要，直接填 NULL、NULL;

                                                 

5、第5个API函数：connect (int sockfd ,const struct  sockaddr *addr)

三、一个简单的网络通信的示例

1、服务端 代码

#include "net_loop.h"

int main(int argc, const char *argv[])
{
	int fd = -1;
	struct sockaddr_in sin;
	/* 1、创建socket fd */
	if((fd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM,0)) < 0 ){ //  
		perror("socket");
		exit(1);
	}
	/* 2、绑定 */
	/* 2.1 填充 struct sockaddr_in 结构体变量 */
	bzero(&sin,sizeof(sin));
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(SERV_PORT);
//#if 0
//	sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR);
#if 1
	sin.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
#else
	if( inet_pton( AF_INET , SERV_IP_ADDR , (void*)&sin.sin_addr) != 1) {
		perror("inet_pton");
		exit(1);
	}
#endif
	/* 2.2 绑定 */
	if(bind(fd , (struct sockaddr*)&sin , sizeof(sin)) < 0){
		perror("bind");
		exit(1);
	}
	/* 3、调用listen() 把主动套接字变成被动套接字 */
	if(listen(fd , BACKLOG) < 0){
		perror("listen");
		exit(1);
	}
	printf("server starting ... OK !\n");
	/* 4、阻塞等待客户端 连接请求   */
	struct sockaddr_in cin;
	socklen_t addrlen = sizeof(cin);
	int newfd = -1;
#if 0
	newfd = accept(fd ,NULL,NULL);//可以接受 客户端的信息
	if(newfd <0 ){
		perror("accept");
		exit(1);
	}
#else
	newfd = accept(fd ,(struct sockaddr *)&cin,&addrlen);//可以接收 客户端的信息
	if(newfd <0 ){
		perror("accept");
		exit(1);
	}
	char ipv4_addr[16];
	if(!inet_ntop(AF_INET,(void*)&cin.sin_addr,ipv4_addr,sizeof(cin))){
		perror("inet_ntop");
		exit(1);
	}
	printf("Client(%s:%d) is connected \n",ipv4_addr,htons(cin.sin_port));
#endif
	/* 5、读写*/
	int ret = -1;
	char buf[BUFSIZ];
	while(1)
	{
		bzero(buf,sizeof(buf));
		do{
			ret = read(newfd , buf ,BUFSIZ-1);
		}while(ret <0 && EINTR == errno);
		if(ret < 0){
			perror("read");
			exit(1);
		}
		if(!ret){
			break;
		}
		printf("Receive data : %s\n",buf);
		if(!strncasecmp(buf,QUIT_STR, strlen(QUIT_STR))){
			printf("Client  is exiting !\n");
			break;
		}
	}
	close(newfd);
	
	close(fd);
	return 0;
}

2、客户端 代码

#include "net_loop.h"

int main(int argc, const char *argv[])
{
	int fd = -1;
	struct sockaddr_in sin;
	/* 1、创建socket fd */
	if((fd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM,0)) < 0 ){
		perror("socket");
		exit(1);
	}
	/* 2、连接服务器 */
	/* 2.1 填充 struct sockaddr_in 结构体变量 */
	bzero(&sin,sizeof(sin));
	sin.sin_family = AF_INET;
	sin.sin_port = htons(SERV_PORT);
#if 0
	sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IP_ADDR);
#else
	if(inet_pton( AF_INET , SERV_IP_ADDR , (void*)&sin.sin_addr) != 1) {
		perror("inet_pton");
		exit(1);
	}
#endif
	/* 2、2 连接服务器 */
	if( connect(fd ,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin)) < 0){
		perror("connect");
		exit(1);
	}

	/* 3、读写数据*/
	char buf[BUFSIZ];
	while(1){
		bzero(buf, sizeof(buf));
		if(fgets(buf,BUFSIZ-1,stdin) == NULL){
			continue;
		}
		write(fd , buf , strlen(buf));
		if(!strncasecmp(buf,QUIT_STR,strlen(QUIT_STR))){
			break;
		}
	}
	/* 4、关闭套接字*/
	close(fd);
}

 3、所用到的 头文件 以及宏定义

#ifndef __NET_LOOP_H__
#define __NET_LOOP_H__

#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <strings.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERV_PORT  5001
#define SERV_IP_ADDR "192.168.196.132"
#define BACKLOG 5
#define QUIT_STR "quit"

#endif

4、总结

• 本实例的问题：服务器程序中 accept 是一个阻塞函数，read是一个阻塞函数，当另一个客服端需要连接这个服务器的时候，该服务器阻塞在于上一个客户端的交互当中，并不会 为新的 客户端建立一个新的 fd 文件描述符；
• 解决办法：使用多进程 与线程的 方式 ，实现并发服务器的 效果；可同时连接多个客户端；
• 使用多路复用的 方法，实现连接多个客户端；