深入理解计算机系统 --- TCP 实现网络通信

已于 2023-04-18 14:36:30 修改
阅读量509 收藏
点赞数
分类专栏： 深入理解计算机操作系统 文章标签： linux
于 2022-01-04 09:59:55 首次发布
版权声明：本文为博主原创文章，遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议，转载请附上原文出处链接和本声明。
本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_42237429/article/details/122297028
版权

目录

1. 客户端与服务器通信

server

client

断开TCP连接问题：

2. socket 编程实现文件传输功能

server

client

1. 客户端与服务器通信

  • server

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{
    int sockfd = -1, clifd = -1;

    #第一步：创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    #第二步：绑定套接字
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));          //每个字节都用0填充
    server_addr.sin_family = PF_INET;                      //使用IPv4地址
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
    server_addr.sin_port = htons(1234);                    //端口
    bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

    #第三步：进入监听状态
    listen(sockfd, 100);             // 阻塞等待客户端来连接服务器

   
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t len = 0;
    char buffer[100] = {0};  //缓冲区
   
    while(1)
    {
        #第四步：accept阻塞等待客户端接入
        clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &len);
        printf("连接已经建立，client fd = %d.\n", clifd);

        // 建立连接之后就可以通信了
        int strLen = recv(clifd, buffer, sizeof(buffer), 0);//接收客户端发来的数据
        printf("客户端发送过来的内容是：%s\n", buffer);
        
        send(clifd, buffer, strLen, 0);                     //将数据原样返回
        memset(buffer, 0, sizeof(buffer));                  //重置缓冲区

        close(clifd);  //关闭套接字
    }

    //关闭套接字
    close(sockfd);

    return 0;
}

  • client

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUF_SIZE 100

int main()
{
    int sockfd = -1;

    char bufSend[BUF_SIZE] = {0};
    char bufRecv[BUF_SIZE] = {0};

    while(1)
    {
        #第1步：创建套接字
        sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

        #第2步：connect链接服务器
        struct sockaddr_in server_addr;
        memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));          //每个字节都用0填充
        server_addr.sin_family = PF_INET;                      //使用IPv4地址
        server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
        server_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
        connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
        printf("成功建立连接\n");
        
        // 建立连接之后就可以开始通信了
        // 获取用户输入的字符串并发送给服务器
        printf("请输入要发送的内容: ");
        fgets(bufSend, 20, stdin);  //从输入流stdin，即输入缓冲区中读取20个字符到数组
        send(sockfd, bufSend, strlen(bufSend), 0);
        
        //接收服务器传回的数据
        recv(sockfd, bufRecv, BUF_SIZE, 0);
        //输出接收到的数据
        printf("服务器返回的内容是: %s\n", bufRecv);
       
        memset(bufSend, 0, BUF_SIZE);  //重置缓冲区
        memset(bufRecv, 0, BUF_SIZE);  //重置缓冲区

        close(sockfd);  //关闭套接字
    }

    return 0;
}

输出如下： 

> ./server 
连接已经建立，client fd = 4.
客户端发送过来的内容是：wddyyds

连接已经建立，client fd = 4.
客户端发送过来的内容是：hello world !

连接已经建立，client fd = 4.
> ./client 
成功建立连接
请输入要发送的内容: wddyyds
服务器返回的内容是: wddyyds

成功建立连接
请输入要发送的内容: hello world !
服务器返回的内容是: hello world !

成功建立连接
请输入要发送的内容:
  • server.cpp 中调用 close() 不仅会关闭服务器端的 socket，还会通知客户端连接已断开，客户端也会清理 socket 相关资源，所以 client.cpp 中需要将 socket() 放在 while 循环内部，因为每次请求完毕都会清理 socket，下次发起请求时需要重新创建。

断开TCP连接问题：

调用 close()/closesocket() 函数意味着完全断开连接，即不能发送数据也不能接收数据，这种“生硬”的方式有时候会显得不太“优雅”。

close()/closesocket() 断开连接

上图演示了两台正在进行双向通信的主机。主机A发送完数据后，单方面调用 close()/closesocket() 断开连接，之后主机A、B都不能再接受对方传输的数据。实际上，是完全无法调用与数据收发有关的函数。

一般情况下这不会有问题，但有些特殊时刻，需要只断开一条数据传输通道，而保留另一条。

使用 shutdown() 函数可以达到这个目的，它的原型为：

#include <sys/socket.h>

int shutdown(int sockfd, int how);

sockfd：需要断开的套接字；

how：断开方式；

  • SHUT_RD：断开输入流。套接字无法接收数据（即使输入缓冲区收到数据也被抹去），无法调用输入相关函数。
  • SHUT_WR：断开输出流。套接字无法发送数据，但如果输出缓冲区中还有未传输的数据，则将传递到目标主机。
  • SHUT_RDWR：同时断开 I/O 流。相当于分两次调用 shutdown()，其中一次以 SHUT_RD 为参数，另一次以 SHUT_WR 为参数。

确切地说，close() / closesocket() 用来关闭套接字，将套接字描述符（或句柄）从内存清除，之后再也不能使用该套接字，与C语言中的 fclose() 类似。应用程序关闭套接字后，与该套接字相关的连接和缓存也失去了意义，TCP协议会自动触发关闭连接的操作。

shutdown() 用来关闭连接，而不是套接字，不管调用多少次 shutdown()，套接字依然存在，直到调用 close() / closesocket() 将套接字从内存清除。

调用 close()/closesocket() 关闭套接字时，或调用 shutdown() 关闭输出流时，都会向对方发送 FIN 包。FIN 包表示数据传输完毕，计算机收到 FIN 包就知道不会再有数据传送过来了。

默认情况下，close()/closesocket() 会立即向网络中发送FIN包，不管输出缓冲区中是否还有数据，而shutdown() 会等输出缓冲区中的数据传输完毕再发送FIN包。也就意味着，调用 close()/closesocket() 将丢失输出缓冲区中的数据，而调用 shutdown() 不会。

2. socket 编程实现文件传输功能

编写这个程序需要注意两个问题：

  • 1)  文件大小不确定，有可能比缓冲区大很多，调用一次 write()/send() 函数不能完成文件内容的发送。接收数据时也会遇到同样的情况。

要解决这个问题，可以使用 while 循环，例如：

#Server 代码
int nCount;
while( (nCount = fread(buffer, 1, BUF_SIZE, fp)) > 0 ){
    send(sock, buffer, nCount, 0);
}

#Client 代码
int nCount;
while( (nCount = recv(clntSock, buffer, BUF_SIZE, 0)) > 0 ){
    fwrite(buffer, nCount, 1, fp);
}

fread(buffer, 1, BUF_SIZE, fp)   表示么每次读取 BUF_SIZE 个字节；

返回成功读取的对象个数；当读取到文件末尾，fread() 会返回 0；

对于 Server 端的代码，当读取到文件末尾，fread() 会返回 0，结束循环。

对于 Client 端代码，有一个关键的问题，就是文件传输完毕后让 recv() 返回 0，结束 while 循环。

然而读取完缓冲区中的数据 recv() 并不会返回 0，而是被阻塞，直到缓冲区中再次有数据。

  • 2)  Client 端如何判断文件接收完毕，也就是上面提到的问题——何时结束 while 循环。

recv() 返回 0 的唯一时机就是收到 FIN 包时。FIN 包表示数据传输完毕，计算机收到 FIN 包后就知道对方不会再向自己传输数据，当调用 read()/recv() 函数时，如果缓冲区中没有数据，就会返回 0，表示读到了”socket文件的末尾“。

这里我们调用 shutdown() 来发送FIN包：server 端直接调用 close()  会使输出缓冲区中的数据失效，文件内容很有可能没有传输完毕连接就断开了，而调用 shutdown() 会等待输出缓冲区中的数据传输完毕。

  • server

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUF_SIZE 1024

int main()
{
    /**先检查文件是否存在**/
    char *filename = "/home/wdd/test/2/video.mp4";  //文件名
    FILE *fp = fopen(filename, "rb");  //以二进制方式打开文件
    if(fp == NULL)
    {
        printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");
        return 0;
    }

    int sockfd = -1, clifd = -1;

    //第一步：创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    //第二步：绑定套接字
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));          //每个字节都用0填充
    server_addr.sin_family = PF_INET;                      //使用IPv4地址
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
    server_addr.sin_port = htons(1234);                    //端口
    bind(sockfd, (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));

    //第三步：进入监听状态
    listen(sockfd, 100);             // 阻塞等待客户端来连接服务器

    //第四步：接收客户端请求
    struct sockaddr_in client_addr;
    socklen_t len = 0;
    clifd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&client_addr, &len); //accept阻塞等待客户端接入
    printf("连接已经建立，client fd = %d.\n", clifd);

    /**循环发送数据，直到文件结尾**/
    char buffer[BUF_SIZE] = {0};  //缓冲区
    int nCount;
    while( (nCount = fread(buffer, 1, BUF_SIZE, fp)) > 0 )
    {
        send(clifd, buffer, nCount, 0);   //发送数据到客户端
    }
    //文件读取完毕，断开输出流
    //当输出缓冲区中的数据传输完毕，再向客户端发送FIN包
    shutdown(clifd, SHUT_WR);  

    //阻塞，等待客户端接收完毕   
    recv(clifd, buffer, sizeof(buffer), 0);
    
    //连接已中止，recv 返回0
    printf("客户端接收完毕 ！\n");
        
    fclose(fp);

    close(clifd);  //关闭套接字
    
    close(sockfd); //关闭套接字

    return 0;
}

  • client

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>        
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUF_SIZE 1024

int main()
{
    //先输入文件名，看文件是否能创建成功
    char filename[100] = {0};  //文件名
    printf("Input filename to save: ");
    fgets(filename, 20, stdin);
    FILE *fp = fopen(filename, "wb");  //以二进制方式打开（创建）文件
    if(fp == NULL)
    {
        printf("Cannot open file, press any key to exit!\n");
        exit(0);
    }

    int sockfd = -1;

    //第1步：创建套接字
    sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    //第2步：connect链接服务器
    struct sockaddr_in server_addr;
    memset(&server_addr, 0, sizeof(server_addr));          //每个字节都用0填充
    server_addr.sin_family = PF_INET;                      //使用IPv4地址
    server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");  //具体的IP地址
    server_addr.sin_port = htons(1234);  //端口
    connect(sockfd, (const struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr));
    printf("成功建立连接\n");


    //循环接收数据，直到文件传输完毕
    char buffer[BUF_SIZE] = {0};  //文件缓冲区
    int nCount;
    while( (nCount = recv(sockfd, buffer, BUF_SIZE, 0)) > 0 )
    {
        fwrite(buffer, nCount, 1, fp);//将每次结合搜的数据写入上面创建的文件
    }
    //运行到此，说明输出缓冲区接收完毕，客户端收到 FIN 包
    printf("文件传输完毕 !\n");
    
    //文件接收完毕后直接关闭套接字，无需调用shutdown()
    fclose(fp);
    close(sockfd);  //关闭套接字

    return 0;
}

输出：

-> ./server 
连接已经建立，client fd = 5.
客户端接收完毕 ！

-> ./client 
Input filename to save: da hua xi you                     
成功建立连接
文件传输完毕 !
评论
添加红包

请填写红包祝福语或标题

个

红包个数最小为10个

元

红包金额最低5元

当前余额3.43元 前往充值 >
需支付：10.00元
成就一亿技术人!
领取后你会自动成为博主和红包主的粉丝 规则
hope_wisdom
发出的红包
实付元
使用余额支付
点击重新获取
扫码支付
钱包余额 0

抵扣说明：

1.余额是钱包充值的虚拟货币，按照1:1的比例进行支付金额的抵扣。
2.余额无法直接购买下载，可以购买VIP、付费专栏及课程。

余额充值