基于TCP的客户端、服务器端socket编程

基于TCP的客户端、服务器端socket编程

一、实验目的

理解tcp传输客户端服务器端通信流程

二、实验平台

MAC OS
gxx-include-dir=/usr/include/c++/4.2.1

三、实验内容

编写TCP服务器套接字程序，程序运行时服务器等待客户的连接，一旦连接成功，则显示客户的IP地址、端口号，并向客户端发送字符串。

四、实验原理

使用TCP套接字编程可以实现基于TCP/IP协议的面向连接的通信，它分为服务器端和客户端两部分，其主要实现过程如下

1、socket函数
在网络编程中所需要进行的第一件事情就是创建一个socket，无论是客户端还是服务器端，都需要创建一个socket，该函数返回socket文件描述符，类似于文件描述符。socket是一个结构体，被创建在内核中。

    sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);   //AF_INT:ipv4, SOCK_STREAM:tcp协议

2、connect函数
客户端创建了socket后，需要和服务器端建立连接，此时使用connect函数和服务器端进行连接。

    connect(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))

• 三次握手：
• 第一次握手：客户端发送syn包(syn=x)到服务器，并进入SYN_SEND状态，等待服务器确认；
• 第二次握手：服务器收到syn包，必须确认客户的SYN（ack=x+1），同时自己也发送一个SYN包（syn=y），即SYN+ACK包，此时服务器进入SYN_RECV状态；
• 第三次握手：客户端收到服务器的SYN＋ACK包，向服务器发送确认包ACK(ack=y+1)，此包发送完毕，客户端和服务器进入ESTABLISHED状态，完成三次握手。
• 握手过程中传送的包里不包含数据，三次握手完毕后，客户端与服务器才正式开始传送数据。理想状态下，TCP连接一旦建立，在通信双方中的任何一方主动关闭连接之前，TCP 连接都将被一直保持下去。

3、bind函数
把一个本地协议地址和套接口绑定，比如把本机的2222端口绑定到套接口。注意：为什么在上图中客户端不需要调用bind函数？这是因为如果没有调用bind函数绑定一个端口的话，当调用connect函数时，内核会为该套接口临时选定一个端口，因此可以不用绑定。而服务器之所以需要绑定的原因就是，所以客户端都需要知道服务器使用的哪个端口，所以需要提前绑定。

    bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))

4、listen函数
当socket创建后，它通常被默认为是主动套接口，也就是说是默认为要马上调用connect函数的，而作为服务器是需要被动接受的，所以需要调用linsten函数将主动套接口转换成被动套接口。调用linsten函数后，内核将从该套接口接收连接请求。

   /**
     * 3:调用listen函数监听(指定port监听)
     * 通知操作系统区接受来自客户端链接请求
     * 第二个参数：指定队列长度
     */

    if(listen(sockfd,10) < 0)
    {
        perror("listen error");
    }

5、accept函数
此函数返回已经握手完成的连接的套接口。注意：此处的套接口不同于服务器开始创建的监听套接口，此套接口是已经完成连接的套接口，监听套接口只是用来监听。

    accept(sockfd,(struct sockaddr*)&clientaddr,&clientaddr_len);

6、write函数
调用IO函数(read/write)和连接的客户端进行双向通信。

    long t = time(0);
    char *s = ctime(&t);
    size_t size = strlen(s) * sizeof(char);
    //将服务器的系统时间写到客户端
    if(write(fd,s,size) != size)
    {
        perror("write error");
    }

7、close函数
数据传输完成后，需要关闭套接口

    //关闭socket
    close(fd);

linux网络编程之用一张图片说明套接口常用函数

五、实验流程

• 服务器端代码

#include "iostream"
#include "netdb.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "sys/socket.h"
#include "unistd.h"
#include "arpa/inet.h"
#include "string.h"
#include "memory.h"
#include "signal.h"
#include "time.h"

using namespace std;

int sockfd;

void sig_handler(int signo)
{
    if(signo == SIGINT)
    {
        cout<<"Server close"<<endl;
        close(sockfd);
        exit(1);
    }
}

//输出链接上来的客户端相关信息
void out_addr(struct sockaddr_in *clientaddr)
{
    //将断口从网络字节序转成主机字节序
    int port = ntohs(clientaddr->sin_port);
    char ip[16];
    memset(ip,0,sizeof(ip));
    inet_ntop(AF_INET,&clientaddr->sin_addr.s_addr,ip,sizeof(ip));
    cout<<"client:"<<ip<<"("<< port <<")connected\n"<<endl;
}

void do_service(int fd)
{
    //获取系统时间
    long t = time(0);
    char *s = ctime(&t);
    size_t size = strlen(s) * sizeof(char);
    //将服务器的系统时间写到客户端
    if(write(fd,s,size) != size)
    {
        perror("write error");
    }
}

int main(int argc,char *argv[])
{
    if(argc<2)
    {
        cout<<"usage:"<<argv[0]<<"#port"<<endl;
        exit(1);
    }

    if(signal(SIGINT,sig_handler) == SIG_ERR)
    {
        perror("signal sigint error");
        exit(1);
    }

    /**
     * 1.创建socket
     * AF_INET:ipv4
     * SOCK_STRAM:tcp协议
     */
    sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    //2.调用bind函数绑定socket和地址

    struct sockaddr_in serveraddr;
    memset(&serveraddr,0,sizeof(serveraddr));
    //往地址中填入ip,port,internet类型
    serveraddr.sin_family = AF_INET;    //ipv4
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); //htons主机字节序转成网络字节序

    serveraddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

    if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr, sizeof(serveraddr)) < 0)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }

    /**
     * 3:调用listen函数监听(指定port监听)
     * 通知操作系统区接受来自客户端链接请求
     * 第二个参数：指定队列长度
     */

    if(listen(sockfd,10) < 0)
    {
        perror("listen error");
    }

    /**
     * 4：调用accept函数从队列中
     * 获得一个客户端的请求链接
     */

    struct sockaddr_in clientaddr;
    socklen_t clientaddr_len = sizeof(clientaddr);

    while(1)
    {
        int fd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&clientaddr,&clientaddr_len);
        if(fd < 0)
        {
            perror("accept error");
            continue;
        }

        /**
         * 5：调用IO函数(read/write)和
         * 连接的客户端进行双向通信
         */
        out_addr(&clientaddr);
        do_service(fd);

        //关闭socket
        close(fd);
    }

    return 0;
}

• 客户端代码

#include "netdb.h"
#include "sys/socket.h"
#include "stdio.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "memory.h"
#include "unistd.h"
#include <arpa/inet.h>
#include <iostream>

using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    if(argc < 3)
    {
        cout<< "usage:"<<argv[0]<<" ip port"<<endl;
        exit(1);
    }

    //步骤1：创建socket
    int sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd < 0)
    {
        perror("socket error");
        exit(1);
    }

    struct sockaddr_in serveraddr;
    memset(&serveraddr,0,sizeof(serveraddr));
    serveraddr.sin_family = AF_INET;
    serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    //主机字节序转换成网络字节序
    inet_pton(AF_INET,argv[1],&serveraddr.sin_addr.s_addr);

    //步骤2：客户端调用connect函数连接到服务器
    if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr)) < 0)
    {
        perror("connect error");
        exit(1);
    }

    //步骤3：调用IO函数(read/write)和服务器端双向通信
    char buffer[1024];
    memset(buffer,0,sizeof(buffer));
    size_t size;

    if((size=read(sockfd,buffer,sizeof(buffer)))< 0)
    {
        perror("read error");
    }

    if(write(STDOUT_FILENO,buffer,size)!=size)
    {
        perror("write error");
    }

    return 0;
}

实验结果

思考

• 在进行网络通信时是否需要进行字节序转换：相同字节序的平台在进行网络通信时可以不进行字节序转换，但是跨平台进行网络数据通信时必须进行字节序转换。

参考文献

• 基于TCP的客户端、服务器端socket编程
• Socket_编程_参考
• linux网络编程之用socket实现简单客户端和服务端的通信（基于TCP）