【Unix 网络编程】TCP 客户/服务器简单 Socket 程序

前面介绍了Socket 编程函数  在编写 Socket 程序之前还需要了解TCP连接是如何建立的。（参考资料《Unix 网络编程》）

建立一个 TCP 连接时会发生下述情形：

1. 服务器必须准备好接受外来的连接。这通常通过调用 socket、bind 和 listen 这三个函数来完成，我们称之为被动打开。

2. 客户通过调用 connect 发起主动打开，这导致客户TCP发送一个SYN（同步）分节，标识希望连接的服务器端口以及初始序号。通常SYN分节不携带数据，其所在IP数据报只含有一个IP首部、一个TCP首部及可能有的TCP选项。

3. 服务器发送回一个包含服务器初始序号以及对客户端 SYN 段确认的 SYN + ACK 段作为应答，由于一个 SYN 占用一个序号，因此确认序号设置为客户端初始序号加 1。

4. 客户端发送确认序号为服务器初始序号加 1 的 ACK 段，对服务器 SYN 段进行确认。

这种交换至少需要三个分组，因此称之为TCP的三路握手。



一旦TCP建立连接，客户/服务器之间便可以进行数据通信。

1. 服务器端

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<netinet/in.h>
#include <errno.h>
#define PORT 6666

int main(int argc,char **argv)
{
int ser_sockfd,cli_sockfd;
int err,n;
int addlen;
struct sockaddr_in ser_addr;
struct sockaddr_in cli_addr;
char recvline[200],sendline[200];

ser_sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);          //创建套接字
if(ser_sockfd == -1)
{
printf("socket error:%s\n",strerror(errno));
return -1;
}

bzero(&ser_addr,sizeof(ser_addr));

/*在待捆绑到该TCP套接口(sockfd)的网际套接口地址结构中填入通配地址(INADDR_ANY)
和服务器的众所周知端口(PORT,这里为6666)，这里捆绑通配地址是在告知系统：要是系统是
多宿主机(具有多个网络连接的主机)，我们将接受宿地址为任何本地接口的地址*/
ser_addr.sin_family = AF_INET;
ser_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
ser_addr.sin_port = htons(PORT);

//将网际套接口地址结构捆绑到该套接口
err = bind(ser_sockfd,(struct sockaddr *)&ser_addr,sizeof(ser_addr));
if(err == -1)
{
printf("bind error:%s\n",strerror(errno));
return -1;
}
//将套接口转换为一个监听套接口，监听等待来自客户端的连接请求
err = listen(ser_sockfd,5);
if(err == -1)
{
printf("listen error\n");
return -1;
}

printf("listen the port:\n");

while(1)
{
addlen = sizeof(struct sockaddr);
//等待阻塞，等待客户端申请，并接受客户端的连接请求
//accept成功，将创建一个新的套接字，并为这个新的套接字分配一个套接字描述符
cli_sockfd = accept(ser_sockfd,(struct sockaddr *)&cli_addr,&addlen);
if(cli_sockfd == -1)
{
printf("accept error\n");
}

//数据传输
while(1)
{
printf("waiting for client...\n");
n = recv(cli_sockfd,recvline,1024,0);
if(n == -1)
{
printf("recv error\n");
}
recvline
= '\0';

printf("recv data is:%s\n",recvline);

printf("Input your words:");
scanf("%s",sendline);
send(cli_sockfd,sendline,strlen(sendline),0);
}
close(cli_sockfd);
}
close(ser_sockfd);

return 0;
}

1.首先通过 socket 函数创建套接字，此时套接字数据结构字段并未填充，在使用之前必须调用过程来填充对应字段，这里在地址结构中填入通配地址（INADDR_ANY），通配地址就是指定地址为 0.0.0.0 的地址，表示服务器接受机器上所有IP地址的连接，用于多IP机器上。这样无论客户 connect 哪个IP地址，服务器端都会接收到请求，即接受宿地址为任何本地接口的地址。如果是指定地址，那么机器只有
connect 这个地址才能成功。后面是填充端口号，如果指定为 0，则由系统随机选择一个未被使用的端口。

2. bind 将没有指定端口的 socket（ser_sockfd）绑定到我们指定的端口上（通配地址+指定端口号），服务器是通过它们的众所周知端口被大家认识的。这样 socket（ser_sockfd）就与指定的端口产生了关联，即指向了指定端口。

3. listen 将套接口转换为一个监听套接口，被动打开，允许监听客户端的连接请求，然后 accept 客户端的连接请求，没有请求则阻塞。

5. accept 成功后，将创建新的套接字，并为新套接字分配一个套接口描述符，该套接字除了记录本地（服务器）的IP和端口号信息外，还记录了目的（客户）IP和端口号信息。服务器与客户的通信则是通过该新创建的套接字（已连接套接字）进行。

2. 客户端

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<sys/socket.h>
#include<sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<netinet/in.h>
#define PORT 6666

int main(int argc,char **argv)
{
int sockfd;
int err,n;
struct sockaddr_in addr_ser;
char sendline[200],recvline[200];

sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);       //创建套接字
if(sockfd == -1)
{
printf("socket error\n");
return -1;
}

bzero(&addr_ser,sizeof(addr_ser));

/*用通配地址和指定端口号装填一个网际接口地址结构*/
addr_ser.sin_family = AF_INET;
addr_ser.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
addr_ser.sin_port = htons(PORT);

//TCP:客户(sockfd)向服务器(套接口地址结构)发起连接，主动请求
//服务器的IP地址和端口号有参数addr_ser指定
err = connect(sockfd,(struct sockaddr *)&addr_ser,sizeof(addr_ser));
if(err == -1)
{
printf("connect error\n");
return -1;
}

printf("connect with server...\n");

//数据传输
while(1)
{
printf("Input your words:");
scanf("%s",sendline);

send(sockfd,sendline,strlen(sendline),0);

printf("waiting for server...\n");

n = recv(sockfd,recvline,100,0);
recvline
= '\0';

printf("recv data is:%s\n",recvline);
}

return 0;
}

1. 客户端同样通过 socket 创建套接字，TCP 客户通常不把IP地址捆绑到它的套接口上，当连接套接口时，内核将根据所用外出网络接口来确定源IP地址，并选择一个临时端口作为源端口。

2. 用通配地址和指定端口填充的是待连接服务器端的套接字地址结购，这里采用的是通配地址，由于服务器端指定的是通配地址，即接受机器上所有IP地址的连接，同样客户也可向机器上任何IP地址发起连接，服务器端都会接收到。

3. 客户端向服务器发起连接请求，connect 成功后，其请求连接的服务器的IP和端口号信息将会写入该套接字，这样该套接字也同时记录了本地和目的的IP地址和端口信息。也就可以进行通信了。

结果如下：



总的说来：

对于服务器程序而言，编程步骤如下：

调用socket，创建一个不与任何网络连接相对应的套接口（socket），其返回值是一个文件描述符；调用bind，将刚刚创建的 socket 与本机的 IP地址和端口号绑定，这样一来 socket 就变成了一个 3元组；调用 listen，将 socket 指定为一个被动套接口（又称监听套接口），专门用于监听客户端到达的网络连接请求；调用 accept，使 socket 进入到可以接收网络连接请求的状态，此时服务器将能够接收客户端发起的连接，但如果没有客户端发起连接，那么服务器将进入阻塞态，直到有客户端连接到达，accept
将返回；此时，accept 的返回值是另一个 socket（文件描述符），这个 socket 被称为连接套接口，此套接口是一个5元组（其中远端IP和远端端口号来自于客户机发起连接时发送到服务器的数据包，其实就是 3次握手的第一个数据包）；调用 read，从连接套接口接收客户端发送过来的数据，如果此时客户端并未发送数据，那么 read将阻塞到有数据到达为止；根据客户端的要求进行数据处理，调用 write，向连接套接口写入处理后的数据，该数据将通过网络达到客户端；当所有数据都已处理完毕，将调用 close 关闭连接套接口，这将在物理上激发
4分节终止序列，在客户机的配合下，成功完成网络连接的关闭，自此通信结束。

对于客户机程序而言，编程步骤如下：

调用 socket，创建一个不与任何网络连接相对应的套接口（socket）；调用 connect，将服务器 IP和端口号作为参数输入，系统将选择一个本机尚未使用的大于 1024的端口号作为本地端口号（此时，5元组已经齐备），主动发起连接（这将激发3次握手），当3次握手成功完成后，connect 将返回，此时 socket 已经物理上对应了一个网络连接通道；调用 write 向 socket 写入数据，该数据将达到服务器，被 read所读取，然后调用
read，等待从 socket 获取服务器通过 write 回送的数据；当所有数据都接收完毕，调用 close，激发或者配合完成 4分节终止序列，成功完成网络连接的关闭，自此通信结束。