任务描述
本关任务：
编写两个程序实现客户端与服务端的通信，clinet.c为客户端，server.c为服务器端。服务器端能够读取客户端发送的信息。
相关知识
为了完成本关任务，你需要掌握：1.socket编程，2.数据通信过程。
1、Socket
网络中进程可以通过socket通信，socket起源于Unix，满足“一切皆文件”原理，即操作为“打开open->读写write/read->关闭close”。
①socket的调用函数主要有：
socket()/*创建描述符，设定协议域和socket类型*/
bind()/*绑定地址*/
listen()/*监听*/
connect()/*连接*/
read()/*I/O读操作*/
write()/*I/O写操作*/
close()/*断开连接*/
shutdown()/*部分断连*/
②socket操作主要有三类：
1）三次握手：让客户端与服务端双方都能明确自己和对方的收、发能力是正常的。
2）数据传输：socket使用的是TCP连接，为双向传输的对等模式，双方都可以同时向对方发送或接收数据。
3）四次挥手：由于TCP连接是全双工，每个方向都必须单独进行关闭。
2、socket函数
int socket（int domain,int type,int protocol）
sockfd=socket();
socket()创建一个socket描述符，标识唯一一个socket
domain：协议域->AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL(AF_UNIX)、AF_ROUTE。协议族决定socket地址类型，通信中必须采用对应的地址，AF_INET决定要用ipv4地址（32位）与端口号（16位）组合看，AF_UNIX决定用一个绝对路径作为地址。
type：socket->指定socket类型。常用SOCK_STREAM(TCP)、SOCK_RAW、SOCK_PACKET、SOCK_SEQPACKET、SOCK_DGRAM(UDP)等
protocol：协议->常用协议IPPROTO_TCP、IPPROTO_UDP、IPPROTO_STCP、IPPROTO_TIPC等，分别对应TCP传输、UDP传输、STCP传输、TIPC传输
注：type和protocol不可用随意组合，SOCKET_STREAM和IPPROTO_UDP不可用组合。当protocol为0，会自动选择type类型对应默认协议。
socket函数创建一个socket时，返回的socket描述符存在于协议族address family中，没有具体地址，赋值一个地址必须调用bind()或者调用connect()、listen()系统自动随机分配端口。
3、bind函数
bind()函数把一个地址族中特定地址赋值给socket，AF_INET、AF_INET6就是一个ipv4或ipv6地址和端口号组合，赋值给socket。
int bind(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
sockfd：socket描述符，通过socket()创建，唯一标识一个socket。bind()将这个描述符绑定一个名字。
addr：const struct sockaddr*指针，指向sockfd的协议地址。地址结构根据创建socket时的地址协议族不同而变化。
addrlen：地址长度
注：①服务器启动时会绑定地址（ip+端口号）。提供服务时，服务端通过地址连接服务器。客户端不用绑定，系统自动分配端口号和自身iP地址组合。所以通常服务端listen前会调用bind()，客户端不会调用，在connect()时系统随机生成一个。
②主机字节序（大端小端模式）：不同CPU有不同字节序类型，这些字节序指整数在内存中保存的顺序。
1）little-endian，低位字节放内存低地址段，高位字节排放内存高地址端。
2）big-endian，高位字节放内存低地址段，低位字节放内存高地址端。
网络字节序：4个字节的32bit值以下次序传输，0-7、8-15、16-23、24-31。大端字节序。由于TCP/IP首部中所有二进制整数在网络中传输时都要求以这种次序，因此又称作网络字节序。字节序，发育一个字节类型数据在内存中存放顺序，一个字节的数据没有顺序问题。
在绑定地址到socket时候，必须将主机字节序转换成网络字节序，不能让主机字节序跟网络字节序一样使用big-endian。
4、listen、connetct函数
服务器调用socket()、bind()后就会调用listen()监听socket，如果客户端这时候调用connect()发出连接请求，服务器就会接受这个请求。
int listen(int sockfd,int backlog);
int connect(int sockfd,const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
listen中sockfd为要监听的socket描述符，backlog为相应socket可以排队的最大连接个数。
socket()函数创建的socket是一个主动类型，listen()将socket变为被动类型等待客户连接请求。
connect中sockfd为客户端socket描述符，addr为服务器socket地址，addrlen为socket地址长度。客户端调用connect函数建立与TCP服务器的连接。
5、accept函数
TCP服务器调用socket()、bind()、listen()后，监听socket地址。TCP客户端调用socket()、connect()后，给TCP服务器发送一个连接请求。TCP服务器监听到请求，调用accept()接收请求，连接建立好开始I/O操作。
int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen)
sockfd服务器socket描述符
addr返回客户端协议地址
addrlen协议地址长度
accept成功，返回值由内核自动生成的全新描述符，表示已与返回客户的TCP连接。
注：sockfd是服务器的socket描述符，服务器开始调用socket()生成的，即监听socket描述符，accept返回的是已连接socket描述符，一个服务器通常只创建一个监听socket描述符，在服务器生命周期内会一直存在，内核为每个服务器进程接收的客户连接创建一个已连接socket描述符，当服务器完成客户服务，相应已连接socket描述符会被关闭。
6、read、write函数
服务器与客户建立好连接，调用网络I/O进行读写操作，网络中不同进程之间通信。
网络I/O操作
read()/write()
recv()/send()
readv()/writev()
recvmsg()/sendmsg()
recvfrom/sendto()
7、close、shutdown函数
服务器与客户端建立连接后，读写操作完，需要关闭相应的socket描述符。
#include<unistd.h>
int close(int fd);
sockfd不能在作为read或者write的第一个参数。
注：close操作只是将相应的sockfd描述字引用计数-1，只有当引用计数为0的时候，才会触发TCP客户端向服务器发送终止连接请求。
shutdown()函数，可以关闭socket一端或者全部。
int shutdown(int _fd,int _how)
TCP连接是双向的（可读可写），使用close读写通道都关闭，使用shutdown有三种：
①howto=0，关闭读通道，可以继续写。
②howto=1，关闭写通道，只可以读。
③howto=2，关闭读写通道，和close一样，全部关闭。
8、三次握手
tcp建立连接进行“三次握手”：
①客户端向服务器发送一个SYN x。
②服务器向客户端发送一个SYN y，并对SYN x进行ACK x+1。
③客户端再向服务器发一个ACK y+1。
①客户端调用connect触发连接请求，向服务器发送SYN x包，connect进入阻塞状态；
②服务器listen监听到连接请求（收到SYN x），调用accept接受请求，向客户端发送SYN y和ACK x+1，accept进入阻塞状态；
③客户端收到服务器的SYN y和ACK x+1，对SYN y确认，connect返回ACK y+1；
④服务器收到ACK y+1，accept返回，三次握手完毕，连接建立。
注：客户端的connect在三次握手的第二次握手返回，服务端的accept在三次握手的第三次握手返回。
9、数据传输
①建立完连接后，进行数据传输，read和write。
②客户端发起给服务端写入，并发送SYN x+1和ACK y+1给服务端（xy未发生变化）。
③服务端发起给客户端读取，并发送ACK x+2。
10、四次挥手
①客户端应用进程调用close主动关闭连接，客户端TCP发送FIN x+2和ACK y+1。
②服务端接受到FIN x+2，执行被动关闭，对FIN确认。即当服务端收到FIN后停止数据的操作并发出一个ACK x+3客户端表示数据操作结束。
③一段时间后，服务端应用接收到文件结束符的应用进程调用close关闭服务端socket，发送一个FIN。（表示socket已经关闭）
④客户端接收到FIN，关闭客户端的socket，发送ACK y+2高速服务端。
编程要求及注意事项
根据client.c代码及提示，在右侧编辑器中选中server.c注释处补充代码。
client.c如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#define MAXLINE 4096
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd, n; // sockfd是客户端创建的socket描述字，客户端不需要区分监听listenfd和连接connfd。n为发送长度
char recvline[MAXLINE], sendline[MAXLINE]; // recvline暂时没用，sendline为即将发送的数据
struct sockaddr_in servaddr; //创建需要连接的服务端地址
if (argc != 2)
{
printf("usage: ./client <ipaddress>");
exit(0);
} //设置运行时候需要输入的格式，执行文件+服务端ip地址
if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
{
printf("create socket error:%s(errno:%d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
} //创建socket描述字，因为客户端，只需要一次连接
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr)); //先把当前连接的服务端地址全填充0
servaddr.sin_family = AF_INET; //目的服务端地址协议簇为ipv4
servaddr.sin_port = htons(6666); //设置端口号6666
if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
{
printf("inet_pton error for %s\n", argv[1]);
exit(0);
} //将目的服务端的地址，转换成网络地址，必须转换成网络地址！！argv[0]是./client，argv[1]是服务端的地址
if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
{
printf("connect socket error:%s(errno:%d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
} //创建连接，本机的socket通过服务端地址连接服务端，强转指针格式
printf("send msg to server:\n"); //连接上后输出发送信息到服务端
fgets(sendline, 4096, stdin); //标准输入流中获取需要发送的信息，存储到sendline字符数组中
if (send(sockfd, sendline, strlen(sendline), 0) < 0)
{
printf("send msg error:%s(errno:%d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
} //发送信息，sendline buff中的信息
close(sockfd); //信息发送完关闭自己的sockfd，第一次挥手
exit(0);
}
server.c如下：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#define MAXLINE 4096
#define PORT 6666 // 与客户端端口一致
int main() {
int listenfd, connfd; // 监听socket和连接socket
struct sockaddr_in servaddr; // 服务端地址结构
char buffer[MAXLINE]; // 接收缓冲区
// 1. 创建监听socket
if ((listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1) {
printf("Create socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
// 2. 配置服务端地址
memset(&servaddr, 0, sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 监听所有网络接口
servaddr.sin_port = htons(PORT); // 端口号6666
// 3. 绑定socket到地址
if (bind(listenfd, (struct sockaddr*)&servaddr, sizeof(servaddr)) == -1) {
printf("Bind socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
// 4. 开始监听连接
if (listen(listenfd, 10) == -1) { // 等待队列最大10
printf("Listen socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
exit(0);
}
printf("====== Server running on port %d ======\n", PORT);
printf("Waiting for client connection...\n");
// 5. 接受客户端连接
if ((connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)NULL, NULL)) == -1) {
printf("Accept socket error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
} else {
printf("Client connected!\n");
}
// 6. 读取客户端数据
int n = recv(connfd, buffer, MAXLINE, 0);
if (n > 0) {
buffer[n] = '\0'; // 确保字符串终止
printf("Received message from client: %s\n", buffer);
} else if (n == 0) {
printf("Client closed connection\n");
} else {
printf("Recv error: %s(errno: %d)\n", strerror(errno), errno);
}
// 7. 关闭连接
close(connfd);
close(listenfd);
printf("Server shutdown\n");
return 0;
}
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