socket编程——TCP协议（C语言代码实现）

Linux系统下socket编程 ——TCP协议

 一、相关API

      1、创建套接字                 
                #include <sys/socket.h>
                int socket(int domain, int type, int protocol);
                    返回值:成功返回值套接字的文件描述符  失败 -1
                    参数:domain -->地址协议类型,常用的有：
                            AF_INET或者PF_INET    -->ipv4地址
                            AF_INET6或者PF_INET6  -->ipv6地址
                            AF_UNIX或者PF_UNIX或者AF_LOCAL  -->unix本地域套接字
                         type -->你创建的套接字类型
                            tcp套接字(流式套接字/数据流套接字) --> SOCK_STREAM
                            udp套接字(数据报套接字) --> SOCK_DGRAM         
                         protocol -->扩展协议,默认设置为0
       2、绑定ip和端口号
                #include <sys/types.h>        
                #include <sys/socket.h>
                int bind(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);
                    返回值:成功 0  失败 -1
                    参数:socket-->套接字
                        struct sockaddr--> 通用地址结构体,兼容ipv4和ipv6
                        {
                           sa_family_t sa_family;-->存放地址协议类型
                           char        sa_data[14];-->存放ip和端口号
                        }
                        struct sockaddr_in --> ipv4地址结构体
                        {
                            unsigned short         sin_family; -->存放地址协议类型AF_INET或者AF_INET6
                            unsigned short int     sin_port; -->端口号
                            struct in_addr         sin_addr; -->绑定自己的ip地址
                                struct in_addr
                                {
                                    in_addr_t s_addr;
                                }
                            unsigned char          sin_zero; -->充数的,打酱油的,为了跟通用地址结构体大小保持一致
                        }
                        struct sockaddr_in6 -->ipv6地址结构体
                        {
                            sa_family_t     sin6_family;    // 地址族 
                            u_int16_t       sin6_port;      // 端口号 
                            struct in6_addr sin6_addr;      // IPv6地址结构体
                            struct in6_addr 
                            {
                                unsigned char   sa_addr[16];    // IPv6地址 
                            };
                            u_int32_t       sin6_flowinfo;  // 流信息 
                            u_int32_t       sin6_scope_id;  // scope ID 
                        }; 
                        address_len -->地址结构体的大小
       3、ip和端口号的转换
                大小端:
                    大端序:数据的高字节存放在低地址,低字节存放在高地址
                    小端序:数据的高字节存放在高地址,低字节存放在低地址
                    ubuntu系统:小端序存放,称之为主机字节序
                    网络上的数据:大端序存放,称之为网络字节序
                将主机字节序转换成网络字节序
                    转换ip:
                        #include <sys/socket.h>
                        #include <netinet/in.h>
                        #include <arpa/inet.h>
                        in_addr_t inet_addr(const char *cp);
                            返回值:大端序ip   失败 -1
                            参数:cp -->小端序ip,点分十进制格式的ip
                        int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp);
                    转换端口号:
                        uint32_t htonl(uint32_t hostlong);//某些特定情况下转换ip
                        uint16_t htons(uint16_t hostshort);
                        uint32_t ntohl(uint32_t netlong);                               
                        规律:h  -->host
                             n  -->network
                             l  -->long 跟ip转换有关
                             s  -->short 跟端口转换有关                        
                将网络字节序转换成主机字节序
                    转换ip:
                        char *inet_ntoa(struct in_addr in);
                        const char *inet_ntop(int af, const void *src,char *dst, socklen_t size);
                            参数:af -->地址协议 AF_INET 
                                 src -->存放你要转换的网络字节序ip
                                 dst -->存放转换好的主机字节序ip
                                 size -->ip地质大小
                    转换端口号:
                        uint16_t ntohs(uint16_t netshort);         
        4、连接
                #include <sys/types.h>   
                #include <sys/socket.h>
                int connect(int socket, const struct sockaddr *address, socklen_t address_len); 
                参数:address -->存放对方的ip和端口号         
                     address_len -->地址结构体的大小         
       5、监听(服务器端)
                int listen(int socket, int backlog);
                    参数:backlog -->同时能够接受的最大客户端连接数量
                        listen(tcpsock,7);                 
       6、接受连接请求（服务器端）
                int accept(int socket, struct sockaddr *restrict address,socklen_t *restrict address_len);
                    返回值:成功 新的套接字用于等一会收发信息 失败 -1（要产生新的套接字,主要是为了区分不同客户端的连接）                            
                    参数:address -->存放连接服务器的那个客户端的ip和端口
                         address_len -->地址结构体的大小
                    特点:在没有客户端连接服务器的时候,服务器阻塞在accept（主要是阻塞在socket上）
                         当有客户端成功连接服务器的时候,会解除accept阻塞,产生新套接字
            7、收发信息
                ssize_t send(int socket, const void *buffer, size_t length, int flags);
                    返回值:length是多少,就返回多少
                    参数:flags -->默认设置0
                         length-->发送字节数
                ssize_t recv(int socket, void *buffer, size_t length, int flags);            返回值:跟send有关
                    参数:flags -->默认设置0
                               -->MSG_WAITALL -->recv会一直等待length个字节的数据全部接收完毕才退出 
                    三种情况
                        情况一: 成功 大于0  
                        情况二: 等于0,表示客户端或者服务器断开连接了
                        情况三: -1 失败
                    特点:正常情况下,收不到消息阻塞,但是如果客户端或者服务器断开连接,不阻塞,然后返回0     
            8、遇到的问题
                问题一: 绑定失败!: Address already in use
                原因:你退出程序的时候,使用的端口号并不是立马就释放掉了,会延时一段时间(不同系统,时间不一样)，导致你再次运行程序,提示绑定失败
                解决方案:
                        第一种:更换新的端口号,通过主函数传参更换
                        第二种:取消端口号绑定限制（设置套接字的属性）                               
                        int  setsockopt(int socket,int level,int option_name,void *option_value,socklen_t option_len);
                            参数:level       -->SOL_SOCKET
                                 option_name -->SO_REUSEADDR  //取消端口号绑定限制
                                             -->SO_BROADCAST  //设置udp广播
                                 option_value
                                 option_len
                               int on=1;
                        例如: setsockopt(tcpsock,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on,sizeof(on));
                问题二: 服务器突然断开,导致客户端疯狂打印,不阻塞了
                原因:recv正常情况下,收不到消息阻塞,但是如果客户端或者服务器断开连接,不阻塞,然后返回0

 

二、代码实现

 1、客户端

        //单向一次性通信
#include <sys/types.h>   
#include <sys/socket.h>
#include <stdio.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int main()
{
	int tcpsock;
	char buf[50]={0};
	int ret;
	//定义ipv4地址结构体变量
	struct sockaddr_in bindaddr;
	bzero(&bindaddr,sizeof(bindaddr));
	bindaddr.sin_family=AF_INET;
	bindaddr.sin_port=htons(10000);//自己指定了一个端口
	bindaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.22.131");//绑定自己的ip地址,将小端序ip转换成大端序
    //方法二 inet_aton("192.168.22.9",&(bindaddr.sin_addr));

	//定义ipv4地址结构体变量存放你要连接的服务器的ip和端口
	struct sockaddr_in serveraddr;
	bzero(&serveraddr,sizeof(serveraddr));
	serveraddr.sin_family=AF_INET;
	serveraddr.sin_port=htons(20000);//服务器的端口号
	serveraddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.22.22");//服务器的ip

	//创建tcp类型的套接字
	tcpsock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
	if(tcpsock==-1)//if(-1==tcpsock)
	{
		perror("创建套接字!\n");
		return -1;
	}
	//绑定ip和端口号
	ret=bind(tcpsock,(struct sockaddr *)&bindaddr,sizeof(bindaddr));
	if(ret==-1)
	{
		perror("绑定失败!\n");
		return -1;
	}
	//连接服务器
	ret=connect(tcpsock,(struct sockaddr *)&serveraddr,sizeof(serveraddr));
	if(ret==-1)
	{
		perror("连接服务器失败!\n");
		return -1;
	}
	//聊天
	printf("请输入要发送给服务器的信息!\n");
	scanf("%s",buf);
	ret=send(tcpsock,buf,50,0);
	printf("send的返回值是:%d\n",ret);
	//挂机
	close(tcpsock);
	return 0;
}

2、服务器端

pthread_t id; //线程ID号
int newsock;//连上新的客户端产生的新套接字

void *recv1(void *arg) //开一个线程来回复信息
{
	int ret;
	char buf[50]={0};
	while(1)
	{	
		printf("请输入要发送给客户端的信息!\n");
		scanf("%s",buf);
		ret=send(newsock,buf,50,0);
		if(strcmp(buf,"quit")==0)
		exit(-1);
	}
}

int main()
{
	char buf[50]={0};
	char ipbuf[20]={0};
	int tcpsock;
	int ret;
	//定义ipv4地址结构体变量
	struct sockaddr_in bindaddr;
	bzero(&bindaddr,sizeof(bindaddr));
	bindaddr.sin_family=AF_INET;
	bindaddr.sin_port=htons(20000);//自己指定了一个端口
	bindaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.22.124");//绑定自己的ip地址,将小端序ip转换成大端序
	
	//定义ipv4地址结构体变量存放连接成功的那个客户端的ip和端口号
	struct sockaddr_in clientaddr;
	bzero(&clientaddr,sizeof(clientaddr));
	int addrsize=sizeof(clientaddr);
	//创建tcp类型的套接字
	tcpsock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
		if(tcpsock==-1)//if(-1==tcpsock)
		{
			perror("创建套接字!\n");
			return -1;
		}

	//绑定ip和端口号
	ret=bind(tcpsock,(struct sockaddr *)&bindaddr,sizeof(bindaddr));
		
	//监听
	ret=listen(tcpsock,7);
		if(ret==-1)
		{
			perror("监听失败!\n");
			return -1;
		}

	pthread_create(&id,NULL,recv1,NULL); //创建子线程进行收信息
	//接收信息
	while(1)
	{	
		newsock=accept(tcpsock,(struct sockaddr *)&clientaddr,&addrsize);	//接受连接请求
		if(newsock==-1)
		{
			perror("接受连接请求失败!\n");
			return -1;
		}
		//打印当前连接成功的那个客户端的ip跟端口号
	    printf("目前连接成功的客户端ip是:%s 端口号是:%hu\n",inet_ntop(AF_INET,&(clientaddr.sin_addr),ipbuf,20),ntohs(clientaddr.sin_port));
		ret=recv(newsock,buf,50,0);
		printf("收到的信息是:%s recv返回值是:%d\n",buf,ret);
		if(strcmp(buf,"quit")==0)
			break;
	}
	//recv(tcpsock,buf,50,0);
	//挂机
	close(tcpsock);
	close(newsock);
	return 0;
}

3、TCP广播和点播（使用多线程和单链表）