基于TCP通信的简单服务端和客户端程序

背景

因为最近在研究网络相关的东西，因此经常要写程序做实验来验证。主要是TCP通信，因此就写了个简单的基于TCP通信的小程序，方便以后要使用的时候能直接复用，省的还要各种谷歌、百度。

功能介绍

写的很简单，实现的就是客户端读取键盘输入，发送给服务端，服务端打印出该输入。

因为只研究TCP通信原理，就没有再做其他的多线程并发之类的功能。

代码

1、先看服务端代码

/*服务端TCP程序一般流程
*1、创建socket
*2、绑定端口和ip
*3、监听socket
*4、接收客户端的请求
*5、从缓冲区中读取数据
*/

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

#define PORT 5000
#define IP "192.168.0.106"
#define BACKLOG 5

int main()
{
int listen_fd;
int accept_fd;
char buf[1024] = {0};//读写缓冲区
struct sockaddr_in server_addr;
//需要获取客户端相关信息
struct sockaddr_in client_addr;
socklen_t client_len;
client_len = sizeof(client_addr);

//创建socket
if ((listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("socket");
return 1;
}

//绑定端口和ip
server_addr.sin_family = AF_INET;
server_addr.sin_port = htons(PORT);
server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);

if (bind(listen_fd, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof(server_addr)) < 0) {
perror("bind");
return 2;
}

//监听socket
if (listen(listen_fd, BACKLOG) < 0) {
perror("listen");
return 3;
}

while(1) {
//接收客户端的请求
if ((accept_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_len)) < 0) {
perror("accept");
return 4;
}
//打印客户端信息
printf("connected with ip: %s: port:%d\n",
inet_ntop(AF_INET, &client_addr.sin_addr, buf, 1024), ntohs(client_addr.sin_port));

while (1) {
memset(buf, 0, sizeof(buf));
//从缓冲区中读取数据
ssize_t size = read(accept_fd, buf, sizeof(buf) - 1);
if (size > 0)
printf("client send: %s\n", buf);
else if (size == 0) {
printf("read done!\n");
close(accept_fd);
break;
}
else {
perror("read");
close(accept_fd);
break;
}
}
}

close(listen_fd);
return 0;
}

2、然后是客户端代码

/*客户端TCP程序一般流程
*1、创建socket
*2、向服务端发起连接
*3、向缓冲区中写入数据
*/

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

#define PORT 5000
#define IP "192.168.0.106"

int main()
{
int client_fd;
char buf[1024] = {0};//读写缓冲区
struct sockaddr_in client_addr;
ssize_t size;

//创建socket
if ((client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("socket");
return 1;
}

//填充ip端口信息
client_addr.sin_family = AF_INET;
client_addr.sin_port = htons(PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);

//向服务端发起连接
if (connect(client_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr)) < 0) {
perror("connect");
return 2;
}

while(1) {
memset(buf, 0, sizeof(buf));
//从标准输入获取字符串
if (!gets(buf)) {
perror("gets");
return 3;
}
if (strcmp(buf, "quit") == 0)
break;
if (write(client_fd, buf, strlen(buf)) != strlen(buf)) {
perror("write");
return 4;
}
}

close(client_fd);
return 0;
}

3、最后是一个简单的Makefile

all:
gcc server.c -o server
gcc client.c -o client
clean:
rm -rf server client

编译后程序就能跑起来了，使用netstat命令查看连接状态如下：





客户端退出后，服务端还是在监听新连接的到来。

探讨

1、对于服务端代码的accept函数

一般情况我们是将第二、三个入参置为空的，表示我们不关注客户端信息，如下

accept_fd = accept(listen_fd, NULL, NULL);

此处我们为了打印客户端ip和端口，因此传入了我们定义的结构体，用于获取客户端信息。

2、关于服务端监听ip，或者是说绑定的ip

一般我们服务端程序监听全网段ip，即在调用bind函数时ip地址使用INADDR_ANY作为参数，如下，

server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

这两种使用的区别我们可以通过netstat命令查看，对比如下，





上面的图为设置了具体监听ip的程序，下面是使用INADDR_ANY为参数的程序。由此，我们编程时就需要根据环境上是否有多个ip，程序是否需要监听所有网卡的端口来确定我们函数的参数设置。

3、客户端程序一般不调用bind函数

在客户端程序中我们一般不调用bind函数，因为我们其实一般并不关心客户端使用什么ip和什么端口和服务端通信，内核会替你选择一个未被占用的端口以及能和服务端通信的ip来发起连接。但是作为客户端，我们是否可以使用bind函数呢？答案是肯定的。考虑以下场景，如果我们想要指定客户端连接从哪个ip出去，使用哪个端口，这时候就必须使用bind函数了，这也就是bind函数的作用。

我们将上面客户端的程序稍微修改一下，增加bind操作。为了更好的看出bind的结果，我在环境上配了两个ip，让客户端和服务端各在一个ip上进行通信。我们配置客户端使用5555号端口，绑定在ip:192.168.0.107上，如代码所示：

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

#define PORT 5000
#define IP "192.168.0.106"

int main()
{
int client_fd;
char buf[1024] = {0};//读写缓冲区
struct sockaddr_in client_addr;
ssize_t size;

//创建socket
if ((client_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0) {
perror("socket");
return 1;
}

/**************************************************************************/
//客户端使用bind函数绑定ip和端口
struct sockaddr_in client_bind;
client_bind.sin_family = AF_INET;
client_bind.sin_port = htons(5555);
client_bind.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.0.107");
if (bind(client_fd, (struct sockaddr*)&client_bind, sizeof(client_bind)) < 0) {
perror("bind");
return 5;
}
/**************************************************************************/

//填充ip端口信息
client_addr.sin_family = AF_INET;
client_addr.sin_port = htons(PORT);
client_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);

//向服务端发起连接
if (connect(client_fd, (struct sockaddr*)&client_addr, sizeof(client_addr)) < 0) {
perror("connect");
return 2;
}

while(1) {
memset(buf, 0, sizeof(buf));
//从标准输入获取字符串
if (!gets(buf)) {
perror("gets");
return 3;
}
if (strcmp(buf, "quit") == 0)
break;
if (write(client_fd, buf, strlen(buf)) != strlen(buf)) {
perror("write");
return 4;
}
}

close(client_fd);
return 0;
}

编译运行后同样使用netstat命令观察连接状态，如下：



对比之前的截图我们可以发现，客户端的ip和端口已经变成我们设置的值。所以说，bind在客户端也是可以使用的。