编写一个简单的TCP服务端和客户端

时间:2023-12-25 12:10:19

实验环境是linux系统,效果如下:

1.启动服务端程序,监听在6666端口上

编写一个简单的TCP服务端和客户端

 2.启动客户端,与服务端建立TCP连接

编写一个简单的TCP服务端和客户端

 3.建立完TCP连接,在客户端上向服务端发送消息

编写一个简单的TCP服务端和客户端

4.断开连接

编写一个简单的TCP服务端和客户端

实现的功能很简单,但是对于初来乍到的我费了不少劲,因此在此总结一下,如有错点请各位大神指点指点

什么是SOCKET(插口):

这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中,翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。

"套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的,听起来总是很怪,虽然可以避免语义上的歧义,但不明显。

对插口通俗的理解就是:它是一个可以用来输入或者输出的网络端,另一端也具有同样相对应的操作。

具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是:

每个插口都可以标识某个程序通信的一端,通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送(接收的话与之相反)

如何标识一个SOCKET:

如上定义所述,可以通过地址,协议,端口三要素来确定一个通信端,而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

SOCKET,Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作,标识符可以用于:插口 管道 目录 设备 文件等等

描述符是个正整数,事实上他是检查表表项中的一个下标,用于指向打开文件表的结构。

述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留:标准输入(键盘),标准输出(屏幕),标准错误输出

当我们使用新的描述符来创建socket时,他一般从最小未使用的数字开始分配,也就是3

服务端实现的流程:

1.服务端开启一个SOCKET(socket函数)

2.使用SOCKET绑定一个端口号(bind函数)

3.在这个端口号上开启监听功能(listen函数)

4.当有对端发送连接请求,向其发送ack+syn建立连接(accept函数)

5.接收或者回复消息(read函数 write函数)

客户端实现流程:

1.打开一个SOCKET

2.向指定的IP 和端口号发起连接(connect函数)

3.接收或者发送消息(send函数  recv函数)

如何并发处理:

如果按照以上流程实现其实并不难,但是有个缺陷,因为C语言是按顺序单一流程运行,也就是说如果

直接在程序当中使用accept函数(建立连接)的话,那么程序会阻塞在accept这里,这是因为如果客户端

一直没有发送connect连接,那么accept就无法得知客户端的IP和端口,也就只能一直等待(阻塞)直到

有请求触发继续执行为止,这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接,那么服务端只能按照

单一线程去处理第一个客户端,无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

如何解决:

下面摘文截取网上的资料,有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型,该函数用于在非阻塞中,当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

所在的头文件为:

#include <sys/time.h>

#include <unistd.h>

功能:测试指定的fd是否可读,可写 或者 是否有异常条件待处理

readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注:不包括错误)

timeout  用于描述一段时间长度,如果在这个时间内,需要监视的描述符没有事件发生则函数返回,返回值为0。

对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能:

    .timeout=NULL                 (阻塞:select将一直被阻塞,直到某个文件描述符上发生了事件)
.timeout所指向的结构设为非零时间 (等待固定时间:如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽,函数均返回)
.timeout所指向的结构,时间设为0 (非阻塞:仅检测描述符集合的状态,然后立即返回,并不等待外部事件的发生)

返回值:

返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦:只有那些可读,可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

否则为0哦。举个例子,比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE,它是数据类型fd_set的描述字数量,

其值通常是1024,这样就能表示<1024的fd。

fd_set结构体:

文件描述符集合,用于存放多个fd(文件描述符,这里就是套接字)

可以存放服务端的fd,有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作:

FD_ZERO(*fds):     将fds设为空集

FD_CLR(fd,*fds):   从集合fds中删除指定的fd

FD_SET(fd,*fds):   从集合fds中添加指定的fd

FD_ISSET(fd,*fds): 判断fd是否属于fds的集合

步骤如下

socket s;
.....
fd_set set;
while(){
FD_ZERO(&set); //将你的套节字集合清空
FD_SET(s, &set); //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
select(,&set,NULL,NULL,NULL); //检查套节字是否可读,
if(FD_ISSET(s, &set) //检查s是否在这个集合里面,
{ //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
//只保留符合条件的套节字在这个集合里面
recv(s,...);
}
//do something here
}

假设fd_set长度为1字节,fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符,那么1字节最大可以对应8个fd

   ()执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
()若fd=,执行FD_SET(fd,&set); 后set变为 0001,0000(第5位置为1)
()若再加入fd=,fd=1 则set变为 0001,0011
()执行select(,&set,,,) 阻塞等待
()若fd=,fd=2 上都发生可读事件,则select返回,此时set变为0000,0011。注意:没有事件发生的fd=5被清空。

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时,还需要一个array数组保存所有值

因为每次select扫描之后,有信号的fd在集合中应被保留,但select将集合清空

因此array数组可以将活跃的fd存放起来,方便下次加入fd集合中

对集合fe_set与array进行遍历存储,即所有fd都重新加入fd_set集合中

另外活跃状态在array中的值是1,非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

使用select函数的过程一般是:

先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零,然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set,

接着调用函数select测试fd_set中的所有fd,最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后,相应位是否仍然为1

复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦,我已经尽力排版了。。。

客户端:

#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> #define REMOTE_PORT 6666        //服务器端口
#define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"    //服务器地址 int main(){
int sockfd;
struct sockaddr_in addr;
char msgbuffer[256]; //创建套接字
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd>=0)
printf("open socket: %d\n",sockfd); //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
bzero(&addr,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR); //向服务器发送请求
if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
printf("connect successfully\n"); //接收服务器返回的消息(注意这里程序会被阻塞,也就是说只有服务器回复信息,才会继续往下执行)
recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
printf("%s\n",msgbuffer); while(1){
//将键盘输入的消息发送给服务器,并且从服务器中取得回复消息
bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
perror("ERROR"); bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
printf("[receive]:%s\n",msgbuffer); usleep(500000);
}
}

 服务端:

#include <time.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <netinet/in.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> #define LOCAL_PORT 6666      //本地服务端口
#define MAX 5            //最大连接数量 int main(){
int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
struct sockaddr_in addr;
int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
char msgbuffer[256];
char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
fd_set fds; //创建套接字
sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
if(sockfd>=0)
printf("open socket: %d\n",sockfd); //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
bzero(&addr,sizeof(addr));
addr.sin_family=AF_INET;
addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0 //将套接字于端口号绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT); //开启端口监听
if(listen(sockfd,3)>=0)
printf("begin listenning...\n"); //默认所有fd没有被打开
for(fd=0;fd<MAX;fd++)
is_connected[fd]=0; while(1){
//将服务端套接字加入集合中
FD_ZERO(&fds);
FD_SET(sockfd,&fds); //将活跃的套接字加入集合中
for(fd=0;fd<MAX;fd++)
if(is_connected[fd])
FD_SET(fd,&fds); //监视集合中的可读信号,如果某个套接字有信号则继续执行,此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1,其他置为0
if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
continue; //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
for(fd=0;fd<MAX;fd++){
if(FD_ISSET(fd,&fds)){
if(fd==sockfd){ //如果套接字是服务端,那么与客户端accept建立连接
connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend)); //向其输出欢迎语
is_connected[connfd]=1; //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态,方便下次调用
printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
}else{ //如果套接字是客户端,读取其信息并返回,如果读取不到信息,冻结其套接字
if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
}else{
is_connected[fd]=0;
close(fd);
printf("close connected\n");
}
}
}
}
}
}