基于TCP协议的网络程序

 

服务器调用socket()、bind()、listen()完成初始化后，调用accept()阻塞等待，处于监听端口的状态，客户端调用socket()初始化后，调用connect()发出SYN段并阻塞等待服务器应答，服务器应答一个SYN-ACK段，客户端收到后从connect()返回，同时应答一个ACK段，服务器收到后从accept()返回。 

数据传输的过程： 

建立连接后，TCP协议提供全双工的通信服务，但是一般的客户端/服务器程序的流程是由客户端主动发起请求，服务器被动处理请求，一问一答的方式。因此，服务器从accept()返回后立刻调用read()，读socket就像读管道一样，如果没有数据到达就阻塞等待，这时客户端调用write()发送请求给服务器，服务器收到后从read()返回，对客户端的请求进行处理，在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答，服务器调用write()将处理结果发回给客户端，再次调用read()阻塞等待下一条请求，客户端收到后从read()返回，发送下一条请求，如此循环下去。 

如果客户端没有更多的请求了，就调用close()关闭连接，就像写端关闭的管道一样，服务器的read()返回0，这样服务器就知道客户端关闭了连接，也调用close()关闭连接。注意，任何一方调用close()后，连接的两个传输方向都关闭，不能再发送数据了。如果一方调用shutdown()则连接处于半关闭状态，仍可接收对方发来的数据。 

在学习socket API时要注意应用程序和TCP 协议层是如何交互的：  *应用程序调用某个socket函数时TCP协议层完成什么动作，比如调用connect()会发出SYN段  *应用程序如何知道TCP协议层的状态变化，比如从某个阻塞的socket函数返回就表明TCP协议收到了某些段，再比如read()返回0就表明收到了FIN段 。

实例：

服务端

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h>  #define MAXLINE 80 #define SERV_PORT 4101  int main(void) {struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;socklen_t cliaddr_len;int listenfd, connfd;char buf[MAXLINE];char str[INET_ADDRSTRLEN];int i, n;listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));listen(listenfd, 20);printf("Accepting connections ...\n");while (1) {cliaddr_len = sizeof(cliaddr);connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);n = read(connfd, buf, MAXLINE);printf("received from %s at PORT %d\n", inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)), ntohs(cliaddr.sin_port));for (i = 0; i < n; i++)buf[i] = toupper(buf[i]);write(connfd, buf, n);close(connfd);}return 0;}

socket函数

为了执行网络输入输出，一个进程必须做的第一件事就是调用socket函数获得一个文件描述符。

/**************************************************************************************************/

 #include <sys/socket.h>

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

返回：非负描述字－－－成功　　　-1－－－失败 

/**************************************************************************************************/

第一个参数指明了协议簇，目前支持5种协议簇，最常用的有AF_INET(IPv4协议)和AF_INET6(IPv6协议)；第二个参数指明套接口类型，有三种类型可选：SOCK_STREAM(字节

流套接口)、SOCK_DGRAM(数据报套接口)和SOCK_RAW(原始套接口)；如果套接口类型不是原始套接口，那么第三个参数就为0。

bind函数

为套接口分配一个本地IP和协议端口，对于网际协议，协议地址是32位IPv4地址或128位IPv6地址与16位的TCP或UDP端口号的组合；如指定端口为0，调用bind时内核将选择

一个临时端口，如果指定一个通配IP地址，则要等到建立连接后内核才选择一个本地IP地址。

/**************************************************************************************************/

#include <sys/socket.h> 　 

int bind(int sockfd,const struct sockaddr * myaddr,socklen_t addrlen); 

返回：0－－－成功　　　-1－－－失败　 

/**************************************************************************************************/

第一个参数是socket函数返回的套接口描述字；第二和第第三个参数分别是一个指向特定于协议的地址结构的指针和该地址结构的长度。

listen函数

isten函数仅被TCP服务器调用，它的作用是将用sock创建的主动套接口转换成被动套接口，并等待来自客户端的连接请求。

/**************************************************************************************************/

#include <sys/socket.h> 

int listen(int sockfd,int backlog); 　　 

返回：0－－－成功　　　-1－－－失败 

/**************************************************************************************************/
第一个参数是socket函数返回的套接口描述字；第二个参数规定了内核为此套接口排队的最大连接个数。由于listen函数第二个参数的原因，内核要维护两个队列：以完成连接队列和未完成连接队列。未完成队列中存放的是TCP连接的三路握手为完成的连接，accept函数是从以连接队列中取连接返回给进程；当以连接队列为空时，进程将进入睡眠状态。

accept函数

accept函数由TCP服务器调用，从已完成连接队列头返回一个已完成连接，如果完成连接队列为空，则进程进入睡眠状态。

/**************************************************************************************************/

#include <sys/socket.h> 　　 　 　 　 

int accept(int sockfd,struct sockaddr * cliaddr,socklen_t *  addrlen); 　 

 返回：非负描述字－－－成功　　　-1－－－失败 

/**************************************************************************************************/
第一个参数是socket函数返回的套接口描述字；第二个和第三个参数分别是一个指向连接方的套接口地址结构和该地址结构的长度；该函数返回的是一个全新的套接口描述字；如果对客户段的信息不感兴趣，可以将第二和第三个参数置为空。

客户端

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <unistd.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h>  #define MAXLINE 80 #define SERV_PORT 4101  int main(int argc, char *argv[]) {struct sockaddr_in servaddr;char buf[MAXLINE];int sockfd, n;char *str;if (argc != 2) {fputs("usage: ./client message\n", stderr);exit(1);}str = argv[1];sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));servaddr.sin_family = AF_INET;inet_pton(AF_INET, "192.168.3.36", &servaddr.sin_addr);servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT);connect(sockfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr));write(sockfd, str, strlen(str));n = read(sockfd, buf, MAXLINE);printf("Response from server:\n");write(STDOUT_FILENO, buf, n);close(sockfd);return 0;} 

connect函数

当用socket建立了套接口后，可以调用connect为这个套接字指明远程端的地址；如果是字节流套接口，connect就使用三次握手建立一个连接；如果是数据报套接口，connect仅指明远程端地址，而不向它发送任何数据。

/**************************************************************************************************/

 #include <sys/socket.h>　　 　 　 

 int connect(int sockfd,const struct sockaddr * servaddr,socklen_t addrlen); 　

返回：0－－－成功　　　-1－－－失败 

/**************************************************************************************************/

第一个参数是socket函数返回的套接口描述字；第二和第三个参数分别是一个指向套接口地址结构的指针和该结构的大小。