APUE学习之----socket编程实现简单的C/S

学习apue时，参考网上的程序，写了服务器/客户端的程序，实现将客户端的小写字符串输入变成大写字符串输出。并且输入字符q实现两端程序的退出。

1、程序

先上程序，服务器端：

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

#define MAXLINE 1024

void myfunc(char * p)
{
if(p==NULL)return;
for(;*p!='\n';p++)
{
if((*p>='a')&&(*p<='z'))
*p=*p-32;
}
return;
}

int main(int argc,char * argv[])
{
struct sockaddr_in sin;
struct sockaddr_in cin;
int s_fd,c_fd;
char buf[MAXLINE];
char addr_p[16];
socklen_t len;
bzero((void *)&sin,sizeof(sin));
sin.sin_family=AF_INET;
sin.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
sin.sin_port=htons(8000);
s_fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
bind(s_fd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin));
listen(s_fd,10);
printf("waiting for connect.....\n");

while(1)
{
c_fd=accept(s_fd,(struct sockaddr *)&cin,&len);
inet_ntop(AF_INET,&cin.sin_addr,addr_p,sizeof(addr_p));
printf("The connected client is %s :%d \n",addr_p,ntohs(cin.sin_port));
while(1)
{
int n=read(c_fd,buf,MAXLINE);
printf("The recieved data is;%s",buf);
if(strcmp(buf,"q\n")==0)exit(0);
myfunc(buf);
write(c_fd,buf,n);
}
close(c_fd);
}
printf("buf=%s\n",buf);
if(close(s_fd)== -1)
{
printf("close error\n");
exit(1);
}
return 0;
}

客户端：

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<netinet/in.h>
#include<sys/socket.h>
#include<string.h>

#define MAXLINE 1024

int main(int argc,char *argv[])
{
struct sockaddr_in sin;
bzero((void *)&sin,sizeof(sin));
sin.sin_family=AF_INET;
char *serverip="127.0.0.1";
inet_pton(AF_INET,serverip,(void *)&(sin.sin_addr.s_addr));
sin.sin_port=htons(8000);
int fd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
connect(fd,(struct sockaddr *)&sin,sizeof(sin));
while(1)
{
char buf[MAXLINE],mm[MAXLINE];
fgets(buf,MAXLINE,stdin);
write(fd,buf,strlen(buf)+1);
if(strcmp(buf,"q\n")==0)exit(0); //fget的数据包含‘\n’
read(fd,mm,MAXLINE);
printf("The transformed data is:%s",mm);
}
close(fd);
}

2、相关知识

（此部分转载）

Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程式员能够用他们来研发TCP/IP网络上的应用程式。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解Socket接口。

Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。假如了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解Socket了。网络的 Socket数据传输是一种特别的I/O，Socket也是一种文档描述符。Socket也具备一个类似于打开文档的函数调用Socket()，该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。

Socket建立

　　为了建立Socket，程式能够调用Socket函数，该函数返回一个类似于文档描述符的句柄。socket函数原型为：

　　 int socket(int domain, int type, int protocol);

domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互连网协议族（TCP/IP协议族）；type参数指定socket的类型： SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程式使用低层协议；protocol通常赋值"0"。 Socket()调用返回一个整型socket描述符，您能够在后面的调用使用他。

　　 Socket描述符是个指向内部数据结构的指针，他指向描述符表入口。调用Socket函数时，socket执行体将建立一个Socket，实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。Socket执行体为您管理描述符表。

　　两个网络程式之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。

Socket配置

通过socket调用返回一个socket描述符后，在使用socket进行网络传输以前，必须配置该socket。面向连接的socket客户端通过调用Connect函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket的客户端和服务端连同面向连接socket的服务端通过调用 bind函数来配置本地信息。

Bind函数将socket和本机上的一个端口相关联，随后您就能够在该端口监听服务请求。Bind函数原型为：

　　 int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen);

　　 Sockfd是调用socket函数返回的socket描述符,my_addr是个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针；addrlen常被配置为sizeof(struct
sockaddr)。

　　 struct sockaddr结构类型是用来保存socket信息的：

　　 struct sockaddr {

　　 unsigned short sa_family; /* 地址族， AF_xxx
*/

char sa_data[14]; /* 14 字节的协议地址 */

};

　　 sa_family一般为AF_INET，代表Internet（TCP/IP）地址族；sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。

　　 另外更有一种结构类型：

　　 struct sockaddr_in {

　　 short int sin_family; /* 地址族 */

　　 unsigned short int sin_port; /* 端口号 */

　　 struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */

　　 unsigned char sin_zero[8]; /* 填充0 以保持和struct
sockaddr同样大小 */

　　 };

这个结构更方便使用。sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到和struct
sockaddr同样的长度，能够用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针能够相互转换，这意味着假如一个函数所需参数类型是sockaddr时，您能够在函数调用的时候将一个指向 sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针；或相反。

　　使用bind函数时，能够用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号：

　　 my_addr.sin_port = 0; /* 系统随机选择一个未被使用的端口号 */

　　 my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本机IP地址 */

通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动为您选择一个未占用的端口来使用。同样，通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY，系统会自动填入本机IP地址。

注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序；而sin_addr则无需转换。

　　电脑数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换，否则就会出现数据不一致。

　　 下面是几个字节顺序转换函数：

·htonl()：把32位值从主机字节序转换成网络字节序

·htons()：把16位值从主机字节序转换成网络字节序

·ntohl()：把32位值从网络字节序转换成主机字节序

·ntohs()：把16位值从网络字节序转换成主机字节序

　　 Bind()函数在成功被调用时返回0；出现错误时返回"-1"并将errno置为相应的错误号。需要注意的是，在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值，因为1到1024是保留端口号，您能够选择大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。

连接建立

　　面向连接的客户程式使用Connect函数来配置socket并和远端服务器建立一个TCP连接，其函数原型为：

　　 int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);

Sockfd 是socket函数返回的socket描述符；serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针；addrlen是远端地质结构的长度。 Connect函数在出现错误时返回-1，并且配置errno为相应的错误码。进行客户端程式设计无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口和服务器建立连接并无需关心，socket执行体为您的程式自动选择一个未被占用的端口，并通知您的程式数据什么时候到打断口。

　　 Connect函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程式使用socket时才需要将此socket和远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接，他只是被动的在协议端口监听客户的请求。

　　 Listen函数使socket处于被动的监听模式，并为该socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程式处理他们。

　　 int listen(int sockfd， int
backlog);

Sockfd 是Socket系统调用返回的socket 描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept()他们（参考下文）。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。假如一个服务请求到来时，输入队列已满，该socket将拒绝连接请求，客户将收到一个出错信息。

当出现错误时listen函数返回-1，并置相应的errno错误码。

　　 accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。

　　 int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen);

sockfd是被监听的socket描述符，addr通常是个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某台主机从某个端口发出该请求）；addrten通常为一个指向值为sizeof(struct
sockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。

　　首先，当accept函数监控的 socket收到连接请求时，socket执行体将建立一个新的socket，执行体将这个新socket和请求连接进程的地址联系起来，收到服务请求的初始socket仍能够继续在以前的socket上监听，同时能够在新的socket描述符上进行数据传输操作。

数据传输

　　 Send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。

　　 Send()函数原型为：

　　 int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);

Sockfd是您想用来传输数据的socket描述符；msg是个指向要发送数据的指针；Len是以字节为单位的数据的长度；flags一般情况下置为0（关于该参数的用法可参照man手册）。

　　 Send()函数返回实际上发送出的字节数，可能会少于您希望发送的数据。在程式中应该将send()的返回值和欲发送的字节数进行比较。当send()返回值和len不匹配时，应该对这种情况进行处理。

char *msg = "Hello!";

int len, bytes_sent;

……

len = strlen(msg);

bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0);

……

　　 recv()函数原型为：

　　 int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags);

　　 Sockfd是接受数据的socket描述符；buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。Flags也被置为0。Recv()返回实际上接收的字节数，当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。

Sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有和远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址。

sendto()函数原型为：

　　 int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen);

　　该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof
(struct sockaddr)。Sendto 函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。

　　 Recvfrom()函数原型为：

　　 int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen);

from是个struct sockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof
(struct sockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfrom()函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno。

假如您对数据报socket调用了connect()函数时，您也能够利用send()和recv()进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。

结束传输

　　当任何的数据操作结束以后，您能够调用close()函数来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作：

close(sockfd);

　　您也能够调用shutdown()函数来关闭该socket。该函数允许您只停止在某个方向上的数据传输，而一个方向上的数据传输继续进行。如您能够关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据，直至读入任何数据。

　　 int shutdown(int sockfd,int how);

　　 Sockfd是需要关闭的socket的描述符。参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式：

　　 ·0-------不允许继续接收数据

　　 ·1-------不允许继续发送数据

　　 ·2-------不允许继续发送和接收数据，

　　 ·均为允许则调用close
()

　　 shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1并置相应errno。