TCP/IP网络编程 学习笔记_6 --定义应用层协议

前言：上一章节写了个回声客服端，回顾一下，客服端是循环读取已知的数据长度，但更多的情况是我们一般无法提前知道数据的长度，那么此时应该如何收发数据？这时需要的就是应用层协议的定义。如：上一节写的回声程序中定义“收到Q就立即终止连接”这么个协议(规则)，就是应用层协议。同样，收发数据过程中也需要定好规则以表示数据的边界，或提前告知收发数据的大小。所谓应用层协议就是服务端/客服端实现过程中逐步定义的规则的集合。可以看出，应用层协议并不是高深莫测的存在，只不过是为特定程序的实现而制定的规则。

计算器程序应用层协议设计

下面我们来尝试设计一个实现计算器程序的应用层协议(客服端发送操作数个数，操作数，运算符，服务端接收这些数据算出结束给客服端)：

客服端连接到服务端后以1字节整数形式传递操作数个数。

客服端向服务端传递的每个操作数是占4字节的整数型数据。

传递各操作数后接着传递运算符，运算符占用1字节。

服务端以4字节整数型向客服端传回运算结果。

客服端得到运算结果后终止与服务器的连接。

以上就是为实现特定程序而设计的应用层协议，下面来看看依据这些协议规则实现的具体代码。

计算器程序源码

客服端

//
//  main.cpp
//  hello_client
//
//  Created by app05 on 15-7-6.
//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//

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

#define BUF_SIZE 1024
#define RLT_SIZE 4
#define OPSZ 4
void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int sock;
    char opmsg[BUF_SIZE];
    int result, opnd_cnt, i;
    struct sockaddr_in serv_adr;
    if (argc != 3) {
        printf("Usage: %s <IP> <port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1) {
        error_handling("socket() error");
    }

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(connect(sock, (struct sockaddr *) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
        error_handling("connect() error");
    else
        puts("Connected............");

    //操作数个数(占1字节)
    fputs("Operand count: ", stdout);
    scanf("%d", &opnd_cnt);
    opmsg[0] = (char)opnd_cnt;

    //操作数(每个占4字节)
    for (i = 0; i < opnd_cnt; i++) {
        printf("Operand %d: ", i + 1);
        scanf("%d", (int *)&opmsg[i * OPSZ + 1]);
    }
    fgetc(stdin); //读掉缓冲中的字符\n

    //运算符(占1字节)
    fputs("Operator: ", stdout);
    scanf("%c", &opmsg[opnd_cnt * OPSZ + 1]);
    write(sock, opmsg, opnd_cnt * OPSZ + 2);
    read(sock, &result, RLT_SIZE); //因为服务端返回的结果只有4字节，可以一次性读取，所以就不需要循环读取了

    printf("Operation result: %d \n", result);

    close(sock);
    return 0;
}

服务端

//
//  main.cpp
//  hello_server
//
//  Created by app05 on 15-7-6.
//  Copyright (c) 2015年 app05. All rights reserved.
//
/*
 说明：数据传输是否需要循环读取，主要看传输数据的大小，如果比较长，可能会分多次传输，
 而tcp的接收与传输不一定相等，这时，为了正确读取数据就需要根据传输数据的大小循环读取。
 这是很多新手常常犯的错误，一定要注意tcp没有数据边界。
 */

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

#define BUF_SIZE 1024
#define OPSZ 4
void error_handling(char *message);
int calculate(int opnum, int opnds[], char oprator);

int main(int argc, const char * argv[]) {
    int serv_sock, clnt_sock;
    char opinfo[BUF_SIZE];
    int result, opnd_cnt, i;
    int recv_cnt, recv_len;
    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;
    if (argc != 2) {
        printf("Usage : %s <port> \n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock == -1)
        error_handling("socket() error");

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));
    if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *) &serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1)
        error_handling("bind() error");

    if(listen(serv_sock, 5) == -1)
        error_handling("listen() error");

    clnt_adr_sz =sizeof(clnt_adr);

    for (i = 0; i < 5; i++) {
        opnd_cnt = 0;
        clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *) &clnt_adr, &clnt_adr_sz);
        //操作数个数
        read(clnt_sock, &opnd_cnt, 1);

        //操作数和运输符
        recv_len = 0;
        while ((opnd_cnt * OPSZ + 1) > recv_len) {
            recv_cnt = read(clnt_sock, &opinfo[recv_len], BUF_SIZE - 1);
            recv_len += recv_cnt;
        }
        //结果
        result = calculate(opnd_cnt, (int *)opinfo, opinfo[recv_len - 1]);
        write(clnt_sock, (char *)&result, sizeof(result));
        close(clnt_sock);
    }

    close(serv_sock);
    return 0;
}

void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int calculate(int opnum, int opnds[], char op)
{
    int result = opnds[0], i;
    switch (op) {
         case '+':
            for (i = 1; i < opnum; i++)
                result += opnds[i];
            break;

         case '-':
            for (i = 1; i < opnum; i++)
                result -= opnds[i];
            break;

         case '*':
            for (i = 1; i < opnum; i++)
                result *= opnds[i];
            break;
    }
    return result;
}