【Linux】网络编程2

1.TCP通信流程        

        TCP是一个面向连接的，安全的，流式传输协议，这个协议是一个传输层协议。

面向连接：是一个双向连接，通过三次握手完成，断开连接需要通过四次挥手完成。
安全：tcp通信过程中，会对发送的每一数据包都会进行校验, 如果发现数据丢失, 会自动重传
流式传输：发送端和接收端处理数据的速度，数据的量都可以不一致

 

 TCP通信流程中服务器端要做的事情有：

1. 创建一个用于监听的套接字。（监听：监听是否有客户端的连接。套接字：这个套接字其实就是一个文件描述符）
2. 将这个监听文件描述符和本地的IP以及端口号绑定。（客户端连接服务器的时候使用的就是这个IP和端口）
3. 设置监听，监听的文件描述符fd开始工作
4. 阻塞等待，当有客户端发起连接时，解除阻塞，接收客户端的连接，会得到一个客户端通信的套接字（fd）
5. 通信。（接收数据和发送数据）
6. 通信结束，断开连接。

客户端要做的事情有：

1. 创建一个用于通信的套接字（fd）
2. 连接服务器，需要指定要连接的服务器的IP和端口。
3. 连接成功了，客户端和服务器通信。
4. 通信结束，断开连接。

2.套接字函数

        使用套接字通信函数需要包含头文件<arpa/inet.h>，包含了这个头文件<sys/socket.h>就不用在包含了。

创建socket套接字

// 创建一个套接字
int socket(int domain, int type, int protocol);

参数:
domain: 使用的地址族协议
        AF_INET: 使用IPv4格式的ip地址
        AF_INET6: 使用IPv6格式的ip地址
type:
        SOCK_STREAM: 使用流式的传输协议
        SOCK_DGRAM: 使用报式(报文)的传输协议

protocol: 一般写0即可, 使用默认的协议
        SOCK_STREAM: 流式传输默认使用的是tcp
        SOCK_DGRAM: 报式传输默认使用的udp
返回值:
        成功: 可用于套接字通信的文件描述符
        失败: -1

        函数的返回值是一个文件描述符，通过这个文件描述符可以操作内核中的某一块内存，网络通信是基于这个文件描述符来完成的。

绑定bind

// 将文件描述符和本地的IP与端口进行绑定   
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数:
        sockfd: 监听的文件描述符, 通过socket()调用得到的返回值
        addr: 传入参数, 要绑定的IP和端口信息需要初始化到这个结构体中，IP和端口要转换为网络字节序
        addrlen: 参数addr指向的内存大小, sizeof(struct sockaddr)
返回值：成功返回0，失败返回-1

监听listen

// 给监听的套接字设置监听
int listen(int sockfd, int backlog);

参数:
        sockfd: 文件描述符, 可以通过调用socket()得到，在监听之前必须要绑定 bind()
        backlog: 同时能处理的最大连接要求，最大值为128
返回值：函数调用成功返回0，调用失败返回 -1

接收连接请求accept

// 等待并接受客户端的连接请求, 建立新的连接, 会得到一个新的文件描述符(通信的)		
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

参数:
        sockfd: 监听的文件描述符
        addr: 传出参数, 里边存储了建立连接的客户端的地址信息
        addrlen: 传入传出参数，用于存储addr指向的内存大小
返回值：函数调用成功，得到一个文件描述符, 用于和建立连接的这个客户端通信，调用失败返回 -1

        这个函数是一个阻塞函数，当没有新的客户端连接请求的时候，该函数阻塞；当检测到有新的客户端连接请求时，阻塞解除，新连接就建立了，得到的返回值也是一个文件描述符，基于这个文件描述符就可以和客户端通信了。

接收数据recv

// 接收数据
ssize_t read(int sockfd, void *buf, size_t size);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t size, int flags);

参数:
        sockfd: 用于通信的文件描述符, accept() 函数的返回值
        buf: 指向一块有效内存, 用于存储接收是数据
        size: 参数buf指向的内存的容量
        flags: 特殊的属性, 一般不使用, 指定为 0
返回值:
        大于0：实际接收的字节数
        等于0：对方断开了连接
        -1：接收数据失败了

发送数据send

// 发送数据的函数
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t len);
ssize_t send(int fd, const void *buf, size_t len, int flags);

参数:
        fd: 通信的文件描述符, accept() 函数的返回值
        buf: 传入参数, 要发送的字符串
        len: 要发送的字符串的长度
        flags: 特殊的属性, 一般不使用, 指定为 0
返回值：
        大于0：实际发送的字节数，和参数len是相等的
        -1：发送数据失败了

连接请求connect

// 成功连接服务器之后, 客户端会自动随机绑定一个端口
// 服务器端调用accept()的函数, 第二个参数存储的就是客户端的IP和端口信息
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

参数:
        sockfd: 通信的文件描述符, 通过调用socket()函数就得到了
        addr: 存储了要连接的服务器端的地址信息: iP 和 端口，这个IP和端口也需要转换为大端然后再赋值
        addrlen: addr指针指向的内存的大小 sizeof(struct sockaddr)
返回值：连接成功返回0，连接失败返回-1

3.sockaddr 类型

        在bind函数中，有一个参数是一个结构体：struct sockaddr，它的里面存储了两部分数据，分别是16位的地址类型，也就是地址族协议，是IPV4还是IPV6，还有端口号+IP地址和剩余的空地址。

        它的定义是这样的：

// 在写数据的时候不好用
struct sockaddr {sa_family_t sa_family;       // 地址族协议, ipv4char        sa_data[14];     // 端口(2字节) + IP地址(4字节) + 填充(8字节)
}typedef unsigned short  uint16_t;
typedef unsigned int    uint32_t;
typedef uint16_t in_port_t;
typedef uint32_t in_addr_t;
typedef unsigned short int sa_family_t;
#define __SOCKADDR_COMMON_SIZE (sizeof (unsigned short int))struct in_addr
{in_addr_t s_addr;
};  // sizeof(struct sockaddr) == sizeof(struct sockaddr_in)
struct sockaddr_in
{sa_family_t sin_family;		/* 地址族协议: AF_INET */in_port_t sin_port;         /* 端口, 2字节-> 大端  */struct in_addr sin_addr;    /* IP地址, 4字节 -> 大端  *//* 填充 8字节 */unsigned char sin_zero[sizeof (struct sockaddr) - sizeof(sin_family) -sizeof (in_port_t) - sizeof (struct in_addr)];
};  

服务器的代码：server.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main()
{// 1. 创建监听的套接字int lfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (lfd == -1){perror("socket");exit(0);}// 2. 将socket()返回值和本地的IP端口绑定到一起struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(34567); // 大端端口// INADDR_ANY代表本机的所有IP, 假设有三个网卡就有三个IP地址// 这个宏可以代表任意一个IP地址// 这个宏一般用于本地的绑定操作inet_pton(AF_INET, "192.168.149.133", &addr.sin_addr.s_addr);// addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 这个宏的值为0 == 0.0.0.0//    inet_pton(AF_INET, "192.168.149.133", &addr.sin_addr.s_addr);int ret = bind(lfd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if (ret == -1){perror("bind");exit(0);}// 3. 设置监听ret = listen(lfd, 128);if (ret == -1){perror("listen");exit(0);}// 4. 阻塞等待并接受客户端连接struct sockaddr_in cliaddr;socklen_t clilen = sizeof(cliaddr);int cfd = accept(lfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &clilen);if (cfd == -1){perror("accept");exit(0);}// 打印客户端的地址信息char ip[24] = {0};printf("客户端的IP地址: %s, 端口: %d\n",inet_ntop(AF_INET, &cliaddr.sin_addr.s_addr, ip, sizeof(ip)),ntohs(cliaddr.sin_port));// 5. 和客户端通信while (1){// 接收数据char buf[1024];memset(buf, 0, sizeof(buf));int len = read(cfd, buf, sizeof(buf));if (len > 0){printf("客户端say: %s\n", buf);// buf = {0};gets(buf);write(cfd, buf, len);}else if (len == 0){printf("客户端断开了连接...\n");break;}else{perror("read");break;}}close(cfd);close(lfd);return 0;
}

客户端的代码：client.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>int main()
{// 1. 创建通信的套接字int fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);if (fd == -1){perror("socket");exit(0);}// 2. 连接服务器struct sockaddr_in addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = htons(34567); // 大端端口inet_pton(AF_INET, "192.168.149.133", &addr.sin_addr.s_addr);int ret = connect(fd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof(addr));if (ret == -1){perror("connect");exit(0);}// 3. 和服务器端通信int number = 0;while (1){// 发送数据char buf[1024];gets(buf);// sprintf(buf, "你好, 服务器...%d\n", number++);write(fd, buf, strlen(buf) + 1);// 接收数据memset(buf, 0, sizeof(buf));int len = read(fd, buf, sizeof(buf));if (len > 0){printf("服务器say: %s\n", buf);}else if (len == 0){printf("服务器断开了连接...\n");break;}else{perror("read");break;}sleep(1); // 每隔1s发送一条数据}close(fd);return 0;
}