五十四、linux 编程——TCP 编程模型

54.1 编程模型介绍

54.1.1 TCP 客户端服务器编程模型

　　

• 客户端调用序列
  • 调用 socket 函数创建套接字
  • 调用 connect 连接服务器端
  • 调用 I/O 函数(read/write) 与服务器端通讯
  • 调用 close 关闭套接字
• 服务器端调用序列
  • 调用 socket 函数创建套接字
  • 调用 bind 绑定本地地址和端口
  • 调用 listen 启动监听
  • 调用 accept 从已连接队列中提取客户连接
  • 调用 I/O 函数(read/write)与客户端通讯
  • 调用 close 关闭套接字

54.1.2 套接字与地址绑定

　　sockaddr 为自定义的结构体，示例如下：

　　

（1）绑定地址

　　

• 函数返回值：成功，则返回 0；出错，则返回 -1

（2）查找绑定到套接字的地址

　　

• 返回值：成功，则返回 0；出错，则返回 -1

（3）获取对方地址

　　

• 返回值：成功，则返回 0；出错， 则返回 -1

（4）建立连接

　　服务器端：

　　

• 返回：成功返回0；出错返回 -1.
• 说明：backlog 指定进行客户端连接排队的队列长度

　　

• 函数功能：获取客户端的连接
• 函数参数：
  • address：通用地址，可以存放来源于客户端的地址信息，若不想获取客户端的信息，设置为NULL
• 返回值：

　　客户端：

　　

• 返回：成功返回0；出错返回 -1

54.1.3 特殊 bind 地址

• 一台主机可以有多个网络接口和多个 IP 地址，如果我们只关心某个地址的连接请求，我们可以指定一个具体的本地 IP 地址，如果要响应所有接口上的连接请求，就要使用一个特殊的地址 INADDR_ANY
• #define INADDR_ANY （uint32_t）0x00000000

　　

54.2 TCP 编程例子

　　客户端连接到服务器端后，服务器端返回给客户端一个系统时间，客户端将此时间打印出来

54.2.1 服务器端编程

time_tcp_server.c

 #include <netdb.h>
 #include <netinet/in.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <unistd.h>
 #include <string.h>
 #include <stdio.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <memory.h>
 #include <signal.h>
 #include <time.h>
 #include <arpa/inet.h>
 
 int sockfd;
 
 void sig_handler(int signo)
 {
     if(signo == SIGINT){
         printf("server close\n");
         /** 步骤6: 关闭 socket */
         close(sockfd);
         exit();
     }
 }
 
 /** 输出连接上来的客户端相关信息 */
 void out_addr(struct sockaddr_in *clientaddr)
 {
     /** 将端口从网络字节序转换成主机字节序 */
     int port = ntohs(clientaddr->sin_port);
     char ip[];
     memset(ip, , sizeof(ip));
     /** 将 ip 地址从网络字节序转换成点分十进制 */
     inet_ntop(AF_INET, &clientaddr->sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip));
     printf("client: %s(%d) connected\n", ip, port);
 }
 
 void do_service(int fd)
 {
     /** 获得系统时间 */
     long t = time();
     char *s = ctime(&t);
     ssize_t size = strlen(s) * sizeof(char);
 
     /** 将服务器获得的系统时间写回到客户端 */
     if(write(fd, s, size) != size){
         perror("write error");
     }
 }
 
 int main(int argc, char *argv[])
 {
     if(argc < ){
         printf("usage: %s #port\n", argv[]);
         exit();
     }
 
     if(signal(SIGINT, sig_handler) == SIG_ERR){
         perror("signal sigint error");
         exit();
     }
 
     /** 步骤1: 创建 socket(套接字)
      *  注: socket 创建在内核中，是一个结构体.
      *  AF_INET: IPV4
      *  SOCK_STREAM: tcp 协议
      *  AF_INET6: IPV6
      */
     sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
 
     /**
      * 步骤2: 调用 bind 函数将 socket 和地址(包括 ip、port)进行绑定
      */
     struct sockaddr_in  serveraddr;
     memset(&serveraddr, , sizeof(struct sockaddr_in));
     /** 往地址中填入 ip、port、internet 地址族类型 */
     serveraddr.sin_family = AF_INET;    ///< IPV4
     serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); ///< 填入端口
     serveraddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; ///< 填入 IP 地址
     if(bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(struct sockaddr_in))){
         perror("bind error");
         exit();
     }
 
     /**
      *  步骤3: 调用 listen 函数启动监听(指定 port 监听)
      *         通知系统去接受来自客户端的连接请求
      *         (将接受到的客户端连接请求放置到对应的队列中)
      *  第二个参数: 指定队列的长度
      */
     if(listen(sockfd, ) < ){
         perror("listen error");
         exit();
     }
 
     /**
      *  步骤4: 调用 accept 函数从队列中获得一个客户端的请求连接, 并返回新的
      *         socket 描述符
      *  注意:  若没有客户端连接，调用此函数后会足则, 直到获得一个客户端的连接
      */
     struct sockaddr_in clientaddr;
     socklen_t clientaddr_len = sizeof(clientaddr);
     while(){
         int fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&clientaddr, &clientaddr_len);
         if(fd < ){
             perror("accept error");
             continue;
         }
 
         /**
          *  步骤5: 调用 IO 函数(read/write)和连接的客户端进行双向的通信
          */
         out_addr(&clientaddr);
         do_service(fd);
 
         /** 步骤6: 关闭 socket */
         close(fd);
     }
 
     return ;
 }

　　编译测试：

　　

　　可以看到，另一个终端返回了系统时间。

54.2.2 客户端编程

　　time_tcp_client.c

 #include <sys/types.h>
 #include <stdlib.h>
 #include <stdio.h>
 #include <memory.h>
 #include <unistd.h>
 #include <sys/socket.h>
 #include <netdb.h>
 #include <signal.h>
 #include <string.h>
 #include <time.h>
 #include <arpa/inet.h>
 
 int main(int argc, char *argv[])
 {
     if(argc < ){
         printf("usage: %s ip port\n", argv[]);
         exit();
     }
 
     /** 步骤1: 创建 socket */
     int sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, );
     if(sockfd < ){
         perror("socket error");
         exit();
     }
 
     /** 往 serveraddr 中填入 ip、port 和地址族类型(ipv4) */
     struct sockaddr_in serveraddr;
     memset(&serveraddr, , sizeof(struct sockaddr_in));
     serveraddr.sin_family = AF_INET;
     serveraddr.sin_port = htons(atoi(argv[]));
     /** 将 ip 地址转换成网络字节序后填入 serveraddr 中  */
     inet_pton(AF_INET, argv[], &serveraddr.sin_addr.s_addr);
 
     /**
      *  步骤2: 客户端调用 connect 函数连接到服务器端
      */
     if(connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serveraddr, sizeof(struct sockaddr_in)) < ){
         perror("connect error");
         exit();
     }
 
     /** 步骤3: 调用 IO 函数(read/write)和服务器端进行双向通信 */
     char buffer[];
     memset(buffer, , sizeof(buffer));
     ssize_t size;
     if((size = read(sockfd, buffer, sizeof(buffer))) < ){
         perror("read error");
     }
     if(write(STDIN_FILENO, buffer, size) != size){
         perror("write error");
     }
 
     /** 步骤4: 关闭 socket */
     close(sockfd);
 
     return ;
 }

　　编译在两个终端上，一个打开服务器，一个打开客户端测试: