基于TCP的客户端和服务器端的代码设计

实验平台

linux

实验内容

编写TCP服务器和客户端程序，程序运行时服务器等待客户端连接。一旦连接成功，服务器显示客户端的IP地址和端口号，并向客户端发送字符串

实验原理

TCP是面向连接的通信，其主要实现过程如下：

我们将服务器代码分为两部分。

1. init_tcp_server() tcp服务器的初始化

2. main() 实现读写数据

这样做的好处是main函数不必写的特别冗长，利于维护。从框架上来说，服务器的初始化也与读、写无关。

tcp服务器的初始化----init_tcp_server()

1. 创建socket

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //AF_INT:ipv4, SOCK_STREAM:tcp协议

2. 设置socket  当然这一步可以省略

int32_t opt = 1;
ret = setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));

详细说明：

3. 绑定（bind函数）

将socket和地址（包括ip，port）绑定。需要定义一个结构体地址，以便于将port的主机字节序转化成网络字节序

struct sockaddr_in serveraddr;    //地址结构体

bind函数

bind(sockfd,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr))

4. listen监听，将接收到的客户端放入队列

 listen(sockfd,10)  //第二个参数是队列长度

5. 调用accept函数，从队列获取请求，返回socket描述符，如果没有请求（没有客户端连接），将会阻塞，直到获取请求

int fd=accept(sockfd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clientaddr_len);

至此服务器初始化完成，返回成功连接的套接字fd。

服务器端代码如下：tcpserver.c

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

#define PORT 1234
#define BACKLOG 10
#define BUFFER_SIZE 100

/**
 * @brief 初始化tcp服务器
 * @param[in] listenfd 监听套接字
 * @return -1 - 失败, socket 文件句柄 - 成功
 */
int32_t init_tcp_server(int32_t listenfd)
{
    struct sockaddr_in server;
    struct sockaddr_in client;
    
    int32_t connectfd = 0;    
    int32_t addrlen;
    int32_t ret = 0;
    addrlen = sizeof(client);

    /**< 创建一个tcp套接字 */
    listenfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (listenfd == -1)
    {
        perror("create socket failed!\n");
        exit(1);
    }

    /**< 设置一个tcp套接字 */
    int32_t opt = 1;
    ret = setsockopt(listenfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &opt, sizeof(opt));
    if (ret < 0)
    {
        perror("set socket failed!\n");
        exit(1);
    }

    /**< 设置服务器监听所有的IP地址 */
    bzero(&server, sizeof(struct sockaddr_in));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(PORT);              /**< 主机字节序转化成网络字节序 */
    server.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

    /**< 与服务器进行绑定 */
    if (bind(listenfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1)
    {
        perror("bind error");
        exit(1);
    }
    
    /**< 监听 */
    if (listen(listenfd, BACKLOG) == -1)
    {
        perror("listen error");
        exit(1);
    }

    /**< 等待客户端连接，如果没有，一直阻塞 */
    if ((connectfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *)&client, &addrlen)) == -1)        
    {
        perror("accept error");
        close(listenfd);
        close(connectfd);
        exit(1);
    }
    printf("You got a connection from client's ip is %s, port is %d\n", inet_ntoa(client.sin_addr), htons(client.sin_port));    

    return connectfd;
}

int main()
{
    int32_t listenfd = 0;
    int32_t connectfd = 0;
    char buf[BUFFER_SIZE] = "Welcome to my server";

    connectfd = init_tcp_server(listenfd);

    send(connectfd, buf, BUFFER_SIZE, 0);    /**< 发送信息到客户端 */
    close(connectfd);
    close(listenfd);
}

客户端

同样，将客户端代码分成两部分：

1. init_tcp_client() tcp客户端的初始化

2. main() 实现读写数据

客户端的初始化较为简单，如上图，只要实现socket和connect函数即可。但是我们希望可以手动输入客户端连接的IP地址，便于以后扩展，因此需要给客户端初始化传入一个参数。例如，输入：

./tcpclient 127.0.0.1

客户端代码如下：tcpclient.c

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

#define PORT 1234
#define BUFFER_SIZE 100

int32_t init_tcp_client(char *ipaddr)
{
    int sockfd = 0;
    struct sockaddr_in server;

    if ((sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) == -1)
    {
        perror("create socket failed!\n");
        exit(1);
    }
    
    bzero(&server, sizeof(struct sockaddr_in));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(PORT);
    inet_pton(AF_INET, ipaddr, &server.sin_addr.s_addr);       /**< 点分十进制转换成二进制的网络字节序 */
    
    if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)) == -1)
    {
        perror("connect error");
        exit(1);
    }
    
    return sockfd;
}

int32_t main(int argc, char*argv[])
{
    int32_t sockfd, num;
    char buf[BUFFER_SIZE];
    if (argc != 2)
    {
        printf("Usage:%s <IP Address>\n",argv[0]);
        exit(1);
    }
    sockfd = init_tcp_client(argv[1]);

    if ((num = recv(sockfd, buf, BUFFER_SIZE, 0)) == -1)
    {
        perror("recv error");
        exit(1);
    }

    buf[num - 1] = '\0';
    printf("Server Message: %s\n", buf);
    close(sockfd);

    return 0;
}

Makefile文件如下：

all:server client

server:tcpserver.c
    gcc tcpserver.c -o server
    
client:tcpclient.c
    gcc tcpclient.c -o client
    
clean:
    rm -rf server client

实验结果如下：