基于TCP的服务器端/客户端（二）---------网络编程（Linux----C）

基于TCP的服务器端/客户端（二）---网络编程（Linux--C）

在基于TCP的服务器端/客户端（一）中的回声客户端存在的问题：

下列是echo_client.c中的代码：

write(sock,message,strlen(message));

str_len=read(sock,message,1024-1);
message[str_len]=0;
printf("Message from server:%s",message);

以上代码有个错误假设：每次调用read、write函数时都会以字符串为单位执行实际的I/O操作。

上述客户端是基于TCP的，多次调用write函数传递的字符串有可能一次性传递到服务器端。此时客户端有可能从服务器

端收到多个字符串，这不是我们希望看到的结果。

1、回声服务器端没有问题，只有回声客户端有问题

在echo_server.c的第50-51行代码：

while((str_len=read(clnt_sock,messag,1024))!=0)

write(clnt_sock,messag,str_len);

在echo_client.c的第45-46行代码：

	write(sock,message,strlen(message));str_len=read(sock,message,1024-1);

两者都在循环调用read或write函数。实际上之前的回声客户端将100%接收自己传输的数据，只不过接收数据时的单位有问题。

下面是echo_client.c第37行开始的代码：

while(1)

{
fputs("Input message(Q to quit):",stdout);
fgets(message,1024,stdin);
if(!strcmp(message,"q\n")||!strcmp(message,"Q\n"))
break;
write(sock,message,strlen(message));
str_len=read(sock,message,BUF_SIZE-1);
message[str_len]=0;
printf("Message from server:%s",message);
}

回声客户端传输的是字符串，而且是通过调用write函数一次性发送的。之后还调用一次read函数，期待着接收自己传输的字符串，这就是问题所在。

（1）回声客户端问题解决方法可以提前确定接收数据的大小。若之前输出了20字节长的字符串，则在接收时循环调用read函数读取20个字节即可。echo_client2.c代码：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#define BUF_SIZE  1024
void error_handling(char *message);
int main(int argc,char *argv[])
{
int sock;
char message[BUF_SIZE];
int str_len,recv_len,recv_cnt;
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..........");

while(1)
{
fputs("Input message(Q to quit):",stdout);
fgets(message,BUF_SIZE,stdin);
if(!strcmp(message,"q\n")||!strcmp(message,"Q\n"))
break;

str_len=write(sock,message,strlen(message));

recv_len=0;
while(recv_len<str_len)
{
recv_cnt=read(sock,&message[recv_len],BUF_SIZE-1);
if(recv_cnt==-1)
error_handling("read()error!");
recv_len+=recv_cnt;
}

message[recv_len]=0;
printf("Message from server:%s",message);
}
close(sock);
return 0;
}

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

（2）如果问题不在于回声客户端：定义应用层协议

回声客户端可以提前知道接收的数据长度，但更多情况下这不太可能。

若无法预知接收数据的长度时，此时需要就是应用层协议的定义。

之前的回声服务器端/客户端中定义了如下协议：“收到Q就立即终止连接”。

同样，收发数据过程中也需要定好规则（协议）以表示数据的边界，或提前告知收发数据的大小。服务器端/客户端

实现过程中逐步定义的这些规则集合就是应用层协议。

客户端op_client.c代码：

#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  4void error_handling(char *message);int main(int argc,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!");elseputs("Connected......");fputs("Operand count:",stdout);scanf("%d",&opnd_cnt);opmsg[0]=(char)opnd_cnt;for(i=0;i<opnd_cnt;i++){printf("Operand %d:",i+1);scanf("%d",(int*)&opmsg[i*OPSZ+1]);}fgetc(stdin);fputs("Operator:",stdout);scanf("%c",&opmsg[opnd_cnt*OPSZ+1]);write(sock,opmsg,opnd_cnt*OPSZ+2);read(sock,&result,RLT_SIZE);printf("Operation result:%d\n",result);close(sock);return 0;}void error_handling(char *message){fputs(message,stderr);fputc('\n',stderr);exit(1);}

服务器端op_server.c代码：

#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 operator);

int main(int argc,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);
read(clnt_sock,&opnd_cnt,1);

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

编译与运行

2、TCP原理

（1）TCP套接字中的I/O缓冲

TCP套接字的数据收发无边界。服务器端即使调用1次write函数传输40字节的数据，客户端也有可能通过4次read函数

调用每次读取10字节。

缓冲特性整理：

I/O缓冲在每个TCP套接字中单独存在。I/O缓冲在创建套接字时自动生成。即使关闭套接字也会继续传递输出缓冲中遗留的数据。关闭套接字将丢失输入缓冲中的数据。（2）TCP内部工作原理1：与对方套接字连接

TCP套接字从创建到消失所经过过程分为3步：

与对方套接字建立连接。与对方套接字进行数据交换。断开与对方套接字的连接。TCP在实际通信过程中也会经过3次对话过程，因此，该过程又称Three-way handshaking(三次握手)

套接字是以全双工方式工作的。也就是，它可以双向传递数据。

（3）TCP内部工作原理2：与对方主机的数据交换

主机A分2次（分2个数据包）向主机B传递200字节的过程。首先，主机A通过1个数据包发送100个字节的数据，数据包的SEQ为1200。

主机B为了确认这一点，向主机A发送ACK1301消息。此时的ACK号为1301而非1201，原因在于ACK号的增量为传输的数据字节数。假设

每次ACK号不加传输的字节数，这样虽然可以确认数据包的传输，但无法明确100字节全都正确传递还是丢失一部分，比如只传递

了80字节。因此按如下公式传递ACK消息：

ACK号→SEQ号+传递的字节数+1

下面传输过程中数据包消失的情况

（4）TCP内部工作原理3：断开与套接字的连接

先由套接字A向套接字B传递断开连接的消息，套接字B发出确认收到的消息，然后向套接字A传递可以断开连接的消息，套接字A同样确认信息。

数据包内的FIN表示断开连接。即双方各发送1次FIN消息后断开连接。此过程经过4个阶段，因此又称四次握手（Four-way handshaking）。

如图向主机A传递了两次ACK 5001，其实，第二次FIN数据包中的ACK 5001只是因为接收ACK消息后未接收数据而重传的。