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Linux网络编程TCP篇

来源：微信公众号「编程学习基地」

文章目录

TCP/IP协议

TCP/IP 协议栈是一系列网络协议（protocol）的总和，是构成网络通信的核心骨架，它定义了电子设备如何连入因特网，以及数据如何在它们之间进行传输。

OSI 7层模型和TCP/IP四层网络模型对应关系
请添加图片描述

计算机网路基础的知识不过多讲解，主要是让大家明白接下来的Linux网络编程数据流属于那一层，具体如下图

请添加图片描述

我们接下来讲解的Linux网络编程Tcp协议是属于传输层的协议

网络应用程序常见的两种设计模式

C/S模式:
优点:可以安装在本地, 可以缓存数据, 协议的选择灵活,
缺点:客户端工具需要有程序员开发, 开发周期长工作量大;
需要本地安装, 对客户的电脑安全有一定影响.
B/S模式:
浏览器/web服务器模式.
优点:浏览器不用开发, 开发周期短,工作量小
缺点: 只能选择http协议, 协议选择受限制, 不能缓存数据, 效率受影响.

Linux Socket 网络编程

TCP协议

就记住一句话，TCP是面向连接的可靠的，传输协议。

TCP编程

Linux中的网络编程是通过socket接口来进行的。socket是一种特殊的I/O接口，它也是一种文件描述符。常用于不同机器上的进程之间的通信，当然也可以实现本地机器上的进程之间通信。

使用TCP协议的流程图

服务端API接口

socket
#include <sys/socket.h>
int socket(int family	//协议簇 一般 AF_INET PF_INET
	,int type			//套接口类型 SOCK_STREAM(字节流套接口)
	,int protocol); 	//非原始套接口，参数为 0

套接口类型：SOCK_STREAM(字节流套接口)、SOCK_DGRAM(数据报套接口)和SOCK_RAW(原始套接口)；

示例：

listenfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
bind

为套接字分配一个本地IP和协议端口

#include <sys/socket.h>
int bind(int socket
, const struct sockaddr *address//协议族地址
,socklen_t address_len);	//协议族长度

- address: 协议族地址，通用的socket地址

通用的socket地址不是很好用，所以Linux为各个协议族提供了专门的socket地址结构体

UNIX本地协议族
struct sockaddr_un {
	sa_family_t sa_family;
	char sun_path[100];
}
TCP/IP协议族

TCP/IP协议族有sockaddr_in和sockaddr_in6两个专用的socket地址结构体，分别对应IPv4和IPv6

IPv4对应的协议族sockaddr_in定义如下

struct sockaddr_in {
	sa_family_t	sin_family;	/*地址族：AF_INET*/
	in_port_t	sin_port;	/*网络字节序表示的端口号*/
	struct in_addr	sin_addr;	/*ipv4地址*/
}

/* Internet address. */
struct in_addr {
    uint32_t       s_addr;     /* address in network byte order */
};

ipv6用的比较少就不单独介绍定义了

常用的有sockaddr_in(网络地址)，sockaddr_un(本地地址), 传入参数时要强制转换为sockaddr*指针类型，示例如下。

struct sockaddr_in servaddr;
/*(2) 设置服务器协议族sockaddr_in结构*/
bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
servaddr.sin_family = AF_INET;//必须和套接字的创建fimile一致
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);//表明可接受任意IP地址
servaddr.sin_port = htons(8888);
bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));
listen

listen函数仅被TCP服务器调用

#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd	//socket函数返回的套接口描述字
	,int backlog); 		//则此值表示listen时的队列大小，最大连接个数

listen(listenfd,2);
accept
#include <sys/socket.h> 　　 　 　 　
int accept(int listenfd			//socket 函数返回的套接口描述字	监听句柄
	, struct sockaddr *client	//协议族地址
	, socklen_t * addrlen); 	//客户端 套接字

accept(listenfd , (struct sockaddr *)&cliaddr , &clilen);

客户端API接口

connect
#include <sys/socket.h>　　 　 　
  int connect(int sockfd
  	, const struct sockaddr * addr	//协议族地址
  	, socklen_t addrlen);			//协议族长度		

connect(sockfd , (struct sockaddr *)&servaddr , sizeof(servaddr))
send/recv
#include <sys/types.h>
#include < sys/socket.h > 　　 　 　 　
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); 
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

前3个参数与read()相同，参数flags是传输控制标志

TCP案例

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

#define MAX_BUFF 1024
#define MAX_LISTEN 10

int main(int argc,char *argv[])
{
    int defaule_port = 8000;
    int optch = 0;
	while((optch = getopt(argc, argv, "s:p:")) != -1)
	{
		switch (optch)
		{
        case 'p':
            defaule_port = atoi(optarg);
            printf("port: %s\n", optarg);
            break;
        case '?':
            printf("Unknown option: %c\n",(char)optopt);    
            break;
        default:
            break;
		}
	}
	/*声明服务器地址和客户链接地址*/
	struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
	socklen_t client_len;

	/*声明服务器监听套接字和客户端链接套接字*/
	int listen_fd,connect_fd;

    /*(1) 初始化监听套接字listenfd*/
	listen_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);
	if(listen_fd == -1)
	{
		perror("Socket Error:");
        return 0;
	}
    
	/*(2) 设置服务器sockaddr_in结构*/
	bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));
	server_addr.sin_family = AF_INET;
	server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);    //任意地址
	server_addr.sin_port = htons(defaule_port);

    /*(3) 绑定套接字和端口*/
	if(bind(listen_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr))==-1)
	{
		perror("Bind error:");
        return 0;
	}

    /*(4) 监听客户请求*/
	if(listen(listen_fd,MAX_LISTEN)==-1)
	{
		perror("Listen error:");
        return 0;
	}
	
    /*(5) 接受客户请求*/
	for(;;)
	{
		client_len = sizeof(client_addr);
		connect_fd = accept(listen_fd,(struct sockaddr*)&client_addr,&client_len);
		if(connect_fd < 0)
		{
			perror("accept error");
			return 0;
		}

		printf("Connect from %s:%u...\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr),ntohs(client_addr.sin_port));
        /*声明缓冲区,向客户端发送数据*/
		char buff[MAX_BUFF] = "hello\n";
		if(-1 == write(connect_fd,buff,strlen(buff)))
		{
			perror("Send error\n");
			return 0;
		}
		printf("Send success...\n");
        /*清空缓冲区,阻塞等待读取客户端发过来的数据*/
		memset(buff,'\0',sizeof(buff));
		if(-1 == read(connect_fd,buff,MAX_BUFF))
		{
			perror("read error\n");
			return 0;
		}
		write(1,buff,strlen(buff));
		close(connect_fd);
	}
	close(listen_fd);
    return 0;
}

编译运行，默认8000端口，-p 指定端口

gcc -o server.c server
./server -p 8020
客户端
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <errno.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netdb.h>
#include <arpa/inet.h>

const int MAX_LINE = 2048;

int main(int argc ,char**argv)
{
    /*声明套接字和链接服务器地址*/
    int sockfd;
    int optch,ret = -1;
    const char*server_addr;
    int default_port = 8000;

    struct sockaddr_in servaddr;
    /*判断是否为合法输入 必须传入一个参数：服务器Ip*/
    if(argc<3)
    {
        printf("usage:tcpcli <IPaddress>");
        return 0;
    }
    while((optch = getopt(argc, argv, "s:p:")) != -1)
	{
		switch (optch)
		{
        case 's':
            server_addr = optarg;
            break;
        case 'p':
            default_port = atoi(optarg);
            printf("port: %s\n", optarg);
            break;
        case '?':
            printf("Unknown option: %c\n",(char)optopt);    
            break;
        default:
            break;
		}
	}
    /*(1) 创建套接字*/
    sockfd =socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if(sockfd==-1)
    {
        perror("socket error");
        return 0;
    }
    /*(2) 设置链接服务器地址结构*/
    bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family =AF_INET;
    servaddr.sin_port = htons(default_port);
    if(inet_pton(AF_INET , server_addr , &servaddr.sin_addr) < 0)
	{
		printf("inet_pton error for %s\n",server_addr);
		return 0;
	}
    /*  (3) 发送链接服务器请求  */
    if( (ret = connect(sockfd , (struct sockaddr *)&servaddr , sizeof(servaddr))) < 0)
	{
		perror("connect error");
		return 0;
	}
    printf("connect seccess,ret:%d..\n",ret);
    struct sockaddr_in c_addr;
    memset(&c_addr, 0, sizeof(c_addr));
    socklen_t len = sizeof(c_addr);

    char buf[MAX_LINE];
    while (1)
    {
        /* code */
        memset(buf,'\0',sizeof(buf));
        len = read(sockfd,buf,sizeof(buf)-1);
        if(len == 0)
        {
            printf("server close..\n");
			return 0;
        }
        printf("recv from server:%s",buf);

        memset(buf,'\0',sizeof(buf));
        printf("please enter:\n");
        ssize_t len = read(0,buf,sizeof(buf)-1);
        if(len>0)
        {
            if(strcmp(buf,"quit")==0)
            {
                printf("quit\n");
                break;
            }
            buf[len - 1]='\0';
            write(sockfd,buf,strlen(buf));
        }
    }
    close(sockfd);
    return 0;
}

编译运行，默认8000端口，-s 指定连接的服务器 -p 指定端口

$ gcc -o client client.c
$ ./client -s 0.0.0.0 -p 8020
connect seccess,ret:0..
recv from server:hello
please enter:
hello too
server close..

简单 tcp服务器和客户端就到这里，下期介绍多线程技术，实现一个多线程的聊天室程序。

悦读

道可道，非常道；名可名，非常名。 无名，天地之始，有名，万物之母。 故常无欲，以观其妙，常有欲，以观其徼。 此两者，同出而异名，同谓之玄，玄之又玄，众妙之门。

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