PART1 基礎知識
1. 字節序
網絡字節序是大端字節序(低地址存放更高位的字節)， 所以，對於字節序為小端的機器需要收發網絡數據的場景，要對這些數據進行字節序轉換。
字節序轉換函數，常用的有四個：
很好記，n表示network， h表示host, l表示long, s表示short。
舉例， htons 表示將主機的二字節數據轉為網絡字節序。
PART2 TCP客戶端、服務器 的編程模型 總體概述 以及涉及到的API詳解
1. socket套接字的背景介紹
注意，這里相關描述的組成有五個部分，這就是廣為人知的 socket 五元組 =》{協議、本地地址、本地端口、遠程地址、遠程端口}
socket在內核中的位置如下圖
2. socket系統調用正式登場
對於socket的第二個參數type，大家一般知道的和最常用的只是對應TCP和UDP的兩種，實際上一共有4個可選參數哦！
3. 網絡通信，肯定需要IP地址，本步驟就是填充好客戶端或服務器編程所需的地址信息參數(兩種方式)
方式1 通用地址結構， 使用不方便 ，介紹如下
方式2 因特網地址結構，使用更加方便，介紹如下
填充ipv4地址 -- 使用示例 (指定服務器所使用的網卡IP為192.168.2.1) ：
在填充struct sockaddr_in類型的結構體變量sin的部分成員時，我們使用到了輔助函數inet_pton。
功能： 將點分十進制的ip地址轉化為用於網絡傳輸的數值格式
返回值：若成功則為1，若輸入不是有效的表達式則為0，若出錯則為-1 .
功能： 將數值格式轉化為點分十進制的ip地址格式
返回值：若成功則為指向結構的指針，若出錯則為NULL
好記憶， inet_pton中的p表示pointer，即點分十進制的字符串，而n表示network，即網絡字節序的數據。
所以inet_pton表示將點分十進制的字符串轉為網絡字節序數據， inet_ntop表示將網絡字節序轉為點分十進制數據。
詳解：
（1）這兩個函數的af，即family參數，既可以是AF_INET(ipv4), 也可以是AF_INET6(ipv6).
如果,以不被支持的地址族作為family參數，這兩個函數都會返回一個錯誤，並將errno置為EAFNOSUPPORT.
（2）inet_pton函數嘗試轉換由src指針所指向的字符串，並通過dst指針存放二進制結果,
成功則返回值為1.失敗則返回值為0,例如所指定的family不是有效的表達式格式時.
（3）inet_ntop函數進行相反的轉換=》從數值格式(src)轉換到表達式(dst)。
inet_ntop函數的dst參數不可以是一個空指針，調用者必須為目標存儲單元分配內存並指定其大小，調用成功時，這個指針就是該函數的返回值。
size參數是目標存儲單元的大小，以免該函數溢出其調用者的緩沖區。如果size太小，不足以容納表達式結果，那么返回一個空指針，並置為errno為ENOSPC。
PS：在上圖示例代碼內，指定了服務器所使用的網卡IP為192.168.2.1，我們也可以監聽服務器所在主機的所有網卡，即使用INADDR_ANY，如下圖所示
4. 對於服務器編程，接着需要調用bind來綁定上一步驟內准備好的地址信息
返回：成功則返回 0， 出錯返回 -1 。
5. 對於服務器編程，下一步就是讓服務器端監聽客戶端連接，涉及listen系統調用
listen()聲明sockfd處於監聽狀態，並且最多允許有backlog個客戶端處於連接待狀態，如果接收到更多的連接請求就忽略。
listen()成功返回0，失敗返回-1。
6. 對於服務器編程，接着就是讓服務器調用accept()接受客戶端的連接
如果服務器調用accept()時還沒有客戶端的連接請求，就阻塞等待直到有客戶端連接上來。即：若沒有客戶端連接，調用此函數會阻塞。
addr是一個傳出參數，accept()返回時傳出客戶端的地址和端口號。如果給addr參數傳NULL，表示不關心客戶端的地址。
addrlen參數是一個傳入傳出參數(value-result argument), 傳入的是調用者提供的緩沖區的長度以避免緩沖區溢出問題, 傳出的是客戶端地址結構體的實際長度(有可能沒有占滿調用者提供的緩沖區).
accept 使用說明1：
PS： 這里同時獲取了連接上來的客戶端的信息，使用下圖方式可以解析出該信息
accept使用說明2：
我們的服務器程序結構如下
while (1) {
cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
connfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len);
n = read(connfd, buf, MAXLINE);
......
close(connfd);
}
整個是一個while死循環，每次循環處理一個新客戶端的連接。
由於cliaddr_len是一個傳入傳出參數(value-result argument), 傳入的是調用者提供的緩沖區的長度以避免緩沖區溢出問題, 傳出的是客戶端地址結構體的實際長度(有可能沒有占滿調用者提供的緩沖區).所以，每次調用accept()之前應該重新賦初值。
accept()的參數sockfd一直都是服務器本地負責監聽的文件描述符，而accept()的返回值是針對新連接上來的客戶端的文件描述符connfd，
之后與客戶端之間就通過這個connfd通訊，最后關閉connfd斷開與該客戶端的連接。
7. 對於服務器編程，下一步就可以調用read、write系統調用進行數據傳輸了
7.1 write函數
write函數將buf中的nbytes字節內容寫入到文件描述符中，成功返回寫的字節數，失敗返回-1.並設置errno變量。在網絡程序中，當我們向套接字文件描述舒服寫數據時有兩種可能：
7.1.1、網絡絡編程中寫函數是不負責將全部數據寫完之后再返回的，說不定中途就返回了！
write的返回值大於0，表示寫了部分數據或者是全部的數據。
一般用一個while循環不斷的寫入數據，循環過程中的buf參數和nbytes參數是需要我們來把控的。
下面展示一個發送大數據量時的核心代碼，准確可靠的
7.1.2、write函數返回值小於0，表示出錯了，可查看errno，需要根據錯誤類型進行相應的處理。
如果錯誤碼是EINTR，表示在寫的時候出現了中斷錯誤，如果錯誤碼是EPIPE，表示網絡連接出現了問題。
7.2 read函數
read函數是負責從fd中讀取內容，當讀取成功時，read返回實際讀取到的字節數，如果返回值是0，表示已經讀取到文件的結束了，小於0表示是讀取錯誤。
如果錯誤是EINTR，表示在寫的時候出現了中斷錯誤，如果錯誤碼是EPIPE，表示網絡連接出現了問題。
7.3 recv 和 send 函數
前面的三個參數和read、write函數是一樣的。
第四個參數可以是0或者是以下組合
MSG_DONTROUTE：不查找表
send函數使用的標志，這個標志告訴IP，目的主機在本地網絡上，沒有必要查找表，這個標志一般用在網絡診斷和路由程序里面。
MSG_OOB：接受或者發生帶外數據
表示可以接收和發送帶外數據。
MSG_PEEK：查看數據，並不從系統緩沖區移走數據
recv函數使用的標志，表示只是從系統緩沖區中讀取內容，而不清楚系統緩沖區的內容。這樣在下次讀取的時候，依然是一樣的內容，一般在有多個進程讀寫數據的時候使用這個標志。
MSG_WAITALL：等待所有數據
recv函數的使用標志，表示等到所有的信息到達時才返回，使用這個標志的時候，recv返回一直阻塞，直到指定的條件滿足時，或者是發生了錯誤。
8. close 關閉文件描述符
成功則返回0，錯誤返回 -1，
錯誤碼errno為EBADF，表示fd不是一個有效描述符； 錯誤碼errno為EINTR，表示close函數被信號中斷；而EIO則表示一個IO錯誤。
9. 客戶端建立連接
成功則返回0, 出錯返回 -1, 並設置errno。
客戶端需要調用connect()連接服務器，connect和bind的參數形式一致，區別在於服務器bind的參數是服務器自己的地址，而客戶端connect的參數是服務器的地址。
PART3 基本服務器端程序編寫、使用telnet客戶端，針對自己編寫好的服務器，進行功能測試
如果遇到上述問題，解決很簡單，按下圖開啟telnet client功能即可。
實驗代碼：
server.h
#ifndef __SERVER_H__
#define __SERVER_H__
#include <string.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h> /* superset of previous */
#define SERV_PORT 5001
#define SERV_IPADDR "192.168.1.21"
#define QUIT_STR "quit"
#endif
server.c
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>
#include "server.h"
#include <assert.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void my_itoa(long i, char *string)
{
int power = 0, j = 0;
j = i;
for (power = 1; j>10; j /= 10)
power *= 10;
for (; power>0; power /= 10)
{
*string++ = '0' + i / power;
i %= power;
}
*string = '\0';
printf("%s\n", string);
}
int server_local_fd, new_client_fd;
void sig_deal(int signum){
close(new_client_fd);
close(server_local_fd);
exit(1);
}
int main(void)
{
struct sockaddr_in sin;
signal(SIGINT, sig_deal);
printf("pid = %d \n", getpid());
/*1.創建IPV4的TCP套接字 */
server_local_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(server_local_fd < 0) {
perror("socket error!");
exit(1);
}
/* 2.綁定在服務器的IP地址和端口號上*/
/* 2.1 填充struct sockaddr_in結構體*/
bzero(&sin, sizeof(sin));
sin.sin_family = AF_INET;
sin.sin_port = htons(SERV_PORT);
#if 1
// 方式一
sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IPADDR);
#endif
#if 0
// 方式二：
sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
#endif
#if 0
// 方式三： inet_pton函數來填充此sin.sin_addr.s_addr成員
if(inet_pton(AF_INET, "192.168.1.21", &sin.sin_addr.s_addr) >0 ){
printf("s_addr=%s \n", inet_ntop(AF_INET, &sin.sin_addr.s_addr, buf, sizeof(buf)));
printf("buf = %s \n", buf); // 這兩條打印語句結果是一樣的， inet_ntop調用成功的返回值就是buf。
}
#endif
/* 2.2 綁定*/
if(bind(server_local_fd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0) {
perror("bind");
exit(1);
}
/*3.listen */
listen(server_local_fd, 5);
printf("client listen 5. \n");
char sned_buf[] = "hello, i am server \n";
struct sockaddr_in clientaddr;
socklen_t clientaddrlen;
while(1) {
/*4. accept阻塞等待客戶端連接請求 */
#if 0
/*****不關心連接上來的客戶端的信息*****/
if( (new_client_fd = accept(server_local_fd, NULL, NULL)) < 0) {
}else{
/*5.和客戶端進行信息的交互(讀、寫) */
ssize_t write_done = write(new_client_fd, sned_buf, sizeof(sned_buf));
printf("write %ld bytes done \n", write_done);
}
#else
/****獲取連接上來的客戶端的信息******/
memset(&clientaddr, 0, sizeof(clientaddr));
memset(&clientaddrlen, 0, sizeof(clientaddrlen));
clientaddrlen = sizeof(clientaddr);
/***
* 由於cliaddr_len是一個傳入傳出參數(value-result argument),
* 傳入的是調用者提供的緩沖區的長度以避免緩沖區溢出問題,
* 傳出的是客戶端地址結構體的實際長度(有可能沒有占滿調用者提供的緩沖區).
* 所以，每次調用accept()之前應該重新賦初值。
* ******/
if( (new_client_fd = accept(server_local_fd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clientaddrlen)) < 0) {
perror("accept");
exit(1);
}
printf("client connected! print the client info .... \n");
int port = ntohs(clientaddr.sin_port);
char ip[16] = {0};
inet_ntop(AF_INET, &(clientaddr.sin_addr.s_addr), ip, sizeof(ip));
printf("client: ip=%s, port=%d \n", ip, port);
#endif
}
close(new_client_fd);
close(server_local_fd);
return 0;
}
在windows下確保能夠ping通我們的ubuntu，然后開啟兩個telnet去連接我們的服務器程序，結果如下
ubuntu內編譯好代碼，運行結果如下
后記： getsockname與 getpeername
getsockname返回參數sockfd指定的本地IP和端口，當套接字的地址與INADDR_ANY綁定時，除非使用connect或accept，否則函數將不返回本地IP的任何信息，但是端口號可以返回，這在雙連接時會有所意義。
實驗 -- 使用getsockname來獲取本地服務器的IP
#include <errno.h> #include <sys/socket.h> #include <netinet/in.h> #include <arpa/inet.h> #include <unistd.h> #include <stdint.h> #include <string.h> #include "server.h" #include <assert.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <signal.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <errno.h> // 在Linux網絡編程這塊，，胡亂包含過多頭文件會導致編譯不過。 //#include <linux/tcp.h> // 包含下方這個頭文件，就不能包含該頭文件，否則編譯報錯。 #include <netinet/tcp.h> // setsockopt 函數 需要包含此頭文件 int server_local_fd, new_client_fd; void sig_deal(int signum){ if(signum == SIGINT){ close(new_client_fd); close(server_local_fd); exit(0); }else if(signum == SIGCHLD){ wait(NULL); } } int main(void) { struct sockaddr_in sin; signal(SIGINT, sig_deal); signal(SIGCHLD, sig_deal); printf("pid = %d \n", getpid()); /*1.創建IPV4的TCP套接字 */ server_local_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if(server_local_fd < 0) { perror("socket error!"); exit(1); } /* 2.綁定在服務器的IP地址和端口號上*/ /* 2.1 填充struct sockaddr_in結構體*/ bzero(&sin, sizeof(sin)); sin.sin_family = AF_INET; sin.sin_port = htons(SERV_PORT); #if 0 // 方式一 sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(SERV_IPADDR); #endif #if 1 // 方式二： sin.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; #endif #if 0 // 方式三： inet_pton函數來填充此sin.sin_addr.s_addr成員 if(inet_pton(AF_INET, "192.168.1.21", &sin.sin_addr.s_addr) >0 ){ char buf[16] = {0}; printf("s_addr=%s \n", inet_ntop(AF_INET, &sin.sin_addr.s_addr, buf, sizeof(buf))); printf("buf = %s \n", buf); } #endif /* 2.2 綁定*/ if(bind(server_local_fd, (struct sockaddr *)&sin, sizeof(sin)) < 0) { perror("bind"); exit(1); } #if 0 struct sockaddr_in server_addr; socklen_t serv_len = sizeof(server_addr); getsockname(server_local_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, &serv_len); char serv_ip[20] = {0}; inet_ntop(AF_INET, &server_addr.sin_addr, serv_ip, sizeof(serv_ip)); printf("server IP (%s)\n", serv_ip); #endif /*3.listen */ listen(server_local_fd, 5); printf("client listen 5. \n"); char sned_buf[] = "hello, i am server \n"; struct sockaddr_in clientaddr; socklen_t clientaddrlen; char client_commu_recv_data_buf[100]={0}; char client_commu_send_data_buf[100]= {"I am server\n"}; while(1){ /*4. accept阻塞等待客戶端連接請求 */ /****獲取連接上來的客戶端的信息******/ memset(&clientaddr, 0, sizeof(clientaddr)); memset(&clientaddrlen, 0, sizeof(clientaddrlen)); clientaddrlen = sizeof(clientaddr); /*** * 由於cliaddr_len是一個傳入傳出參數(value-result argument), * 傳入的是調用者提供的緩沖區的長度以避免緩沖區溢出問題, * 傳出的是客戶端地址結構體的實際長度(有可能沒有占滿調用者提供的緩沖區). * 所以，每次調用accept()之前應該重新賦初值。 * ******/ if( (new_client_fd = accept(server_local_fd, (struct sockaddr*)&clientaddr, &clientaddrlen)) < 0) { perror("accept"); exit(1); } printf("new client connected! print the client info .... \n"); int port = ntohs(clientaddr.sin_port); char ip[16] = {0}; inet_ntop(AF_INET, &(clientaddr.sin_addr.s_addr), ip, sizeof(ip)); printf("client: ip=%s, port=%d \n", ip, port); #if 1 //使用getsockname來獲取本地服務器的IP /* getsockname返回參數sockfd指定的本地IP和端口， 當套接字的地址與INADDR_ANY綁定時，除非使用connect或accept，否則函數將不返回本地IP的任何信息，但是端口號可以返回，這在雙連接時會有所意義 */ struct sockaddr_in server_addr; socklen_t serv_len = sizeof(server_addr); getsockname(new_client_fd, (struct sockaddr *)&server_addr, &serv_len); char serv_ip[20] = {0}; inet_ntop(AF_INET, &server_addr.sin_addr, serv_ip, sizeof(serv_ip)); printf("server IP (%s)\n", serv_ip); #endif pid_t pid = fork(); if(pid < 0){ continue; }else if(0 == pid){ // child process close(server_local_fd); printf("server goes to read... \n"); int bytes_read_done = read(new_client_fd, client_commu_recv_data_buf, sizeof(client_commu_recv_data_buf)); printf("bytes_read_done = %d \n", bytes_read_done); // sleep(10); printf("strlen(client_commu_send_data_buf) = %d \n", strlen(client_commu_send_data_buf)); int bytes_write_done = write(new_client_fd, client_commu_send_data_buf, strlen(client_commu_send_data_buf)); printf("bytes_write_done = %d \n", bytes_write_done); if(bytes_write_done < 0){ if(errno == EPIPE){ printf("server : write -> EPIPE \n"); close(new_client_fd); exit(0); } } printf("--Server deal this client over! \n"); close(new_client_fd); exit(0); }else{ // parent process close(new_client_fd); } } // the following code will nerver run .... printf("server process end... \n"); close(server_local_fd); return 0; }
.