《TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程》閱讀筆記--基于TCP的服務(wù)器端/客戶端

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1--TCP/IP協(xié)議棧

2--TCP服務(wù)器端默認(rèn)函數(shù)調(diào)用順序

3--TCP客戶端的默認(rèn)函數(shù)調(diào)用順序

4--Linux實(shí)現(xiàn)迭代回聲服務(wù)器端/客戶端

5--Windows實(shí)現(xiàn)迭代回聲服務(wù)器端/客戶端

6--TCP原理

7--Windows實(shí)現(xiàn)計(jì)算器服務(wù)器端/客戶端

1--TCP/IP協(xié)議棧

????????TCP/IP協(xié)議棧共分 4 層，可以理解為數(shù)據(jù)收發(fā)分成了 4 個(gè)層次化過(guò)程；

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鏈路層：

? ? ? ? 鏈路層是物理鏈接領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)化的結(jié)果，專門定義LAN、WAN、MAN等網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)；

IP層：

? ? ? ? IP層用于解決數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中路徑的選擇問(wèn)題；

TCP/IP層：

????????即傳輸層，用于解決數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯?wèn)題（數(shù)據(jù)順序、可靠性等）；

應(yīng)用層：

????????程序員根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則，編寫規(guī)定的程序（例如Socket）來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸；

2--TCP服務(wù)器端默認(rèn)函數(shù)調(diào)用順序

? ? ? ? 一般 TCP 服務(wù)器端調(diào)用默認(rèn)函數(shù)的順序如下：socket() 創(chuàng)建 Socket?→ bind() 分配Socket 地址 → listen() 等待連接請(qǐng)求狀態(tài) → accept() 允許連接 → read()/write() 數(shù)據(jù)交換 → close() 斷開(kāi)連接；

? ? ? ? 調(diào)用 listen() 函數(shù)進(jìn)入等待連接請(qǐng)求狀態(tài)，只有服務(wù)器端調(diào)用了 listen() 函數(shù)，客戶端才能進(jìn)入可發(fā)出連接請(qǐng)求的狀態(tài)；

#include <sys/socket.h>

int listen(int sock, int backlog); // 成功時(shí)返回 0, 失敗時(shí)返回 -1;

// sock 表示希望進(jìn)入等待連接請(qǐng)求狀態(tài)的Socket的文件描述符
// backlog 表示連接請(qǐng)求等待隊(duì)列的長(zhǎng)度，即最多可以使多少個(gè)連接請(qǐng)求進(jìn)入隊(duì)列

? ? ? ? 服務(wù)器端調(diào)用 accept() 函數(shù)來(lái)受理客戶端的連接請(qǐng)求，即受理等待隊(duì)列中待處理的客戶端連接請(qǐng)求；

#include <sys/socket.h>

int accept(int sock, struct sockaddr* addr, socklen_t* addrlen);
// 成功時(shí)返回創(chuàng)建的Socket的文件描述符，失敗時(shí)返回-1

3--TCP客戶端的默認(rèn)函數(shù)調(diào)用順序

? ? ? ? 一般 TCP 客戶端調(diào)用默認(rèn)函數(shù)的順序如下：socket() 創(chuàng)建 Socket?→ connect() 請(qǐng)求連接 → read()/write() 交換數(shù)據(jù) → close() 斷開(kāi)連接；

? ? ? ? 在服務(wù)器端調(diào)用 listen() 函數(shù)創(chuàng)建連接請(qǐng)求等待隊(duì)列后，客戶端可通過(guò)調(diào)用 connect() 函數(shù)來(lái)請(qǐng)求連接；

#include <sys/socket.h>

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

// sock 表示客戶端socket的文件描述符
// servaddr 保存了目標(biāo)服務(wù)器端地址信息
// addrlen 第二個(gè)結(jié)構(gòu)體參數(shù) servaddr 的地址變量長(zhǎng)度，以字節(jié)為單位

4--Linux實(shí)現(xiàn)迭代回聲服務(wù)器端/客戶端

服務(wù)器端：

// gcc echo_server.c -o echo_server
// ./echo_server 9190

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

#define BUF_SIZE 1024
void error_handling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    int serv_sock, clnt_sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int str_len, i;

    struct sockaddr_in serv_adr, clnt_adr;
    socklen_t clnt_adr_sz;

    if(argc != 2){
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock == -1){
        error_handling("socket() error");
    }

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(serv_sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1){
        error_handling("bind() error");
    }

    if(listen(serv_sock, 5) == -1){
        error_handling("listen() error");
    }

    clnt_adr_sz = sizeof(clnt_adr);

    for(i = 0; i < 5; i++){
        clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_adr, &clnt_adr_sz);
        if(clnt_sock == -1){
            error_handling("accept() error");
        }
        else{
            printf("Connected client %d \n", i+1);
        }

        while((str_len = read(clnt_sock, message, BUF_SIZE)) != 0){
            write(clnt_sock, message, str_len);
        }

        close(clnt_sock);
    }
    close(serv_sock);
    return 0;
}

客戶端：

// gcc echo_client.c -o echo_client
// ./echo_client 127.0.0.1 9190

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

#define BUF_SIZE 1024

void error_handling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    int sock;
    char message[BUF_SIZE];
    int str_len;
    struct sockaddr_in serv_adr;

    if(argc != 3){
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(sock == -1){
        error_handling("socket() error");
    }

    memset(&serv_adr, 0, sizeof(serv_adr));
    serv_adr.sin_family = AF_INET;
    serv_adr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    serv_adr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(connect(sock, (struct sockaddr*)&serv_adr, sizeof(serv_adr)) == -1){
        error_handling("connect() error!");
    }
    else{
        puts("Connected.......");
    }

    while(1){
        fputs("Input message(Q to quit): ", stdout);
        fgets(message, BUF_SIZE, stdin);

        if(!strcmp(message, "q\n") || !strcmp(message, "Q\n")){
            break;
        }

        write(sock, message, strlen(message));
        str_len = read(sock, message, BUF_SIZE-1);
        message[str_len] = 0;
        printf("Message from server: %s", message);
    }

    close(sock);
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

5--Windows實(shí)現(xiàn)迭代回聲服務(wù)器端/客戶端

服務(wù)器端：

// gcc echo_server_win.c -o echo_server_win -lwsock32
// echo_server_win 9190

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_SIZE 1024

void ErrorHandling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    WSADATA wsaData;
    SOCKET hServSock, hClntSock;
    char message[BUF_SIZE];
    int strLen, i;

    SOCKADDR_IN servAdr, clntAdr;
    int clntAdrSize;

    if(argc != 2){
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){
        ErrorHandling("WSAStartup() error!");
    }

    hServSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(hServSock == INVALID_SOCKET){
        ErrorHandling("socket() error");
    }

    memset(&servAdr, 0, sizeof(servAdr));
    servAdr.sin_family = AF_INET;
    servAdr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servAdr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(hServSock, (SOCKADDR*)&servAdr, sizeof(servAdr)) == SOCKET_ERROR){
        ErrorHandling("bind() error");
    }

    if(listen(hServSock, 5) == SOCKET_ERROR){
        ErrorHandling("listen() error");
    }

    clntAdrSize = sizeof(clntAdr);

    for(int i = 0; i < 5; i++){
        hClntSock = accept(hServSock, (SOCKADDR*)&clntAdr, &clntAdrSize);
        if(hClntSock == -1){
            ErrorHandling("accept() error");
        }
        else{
            printf("Connected client %d \n", i + 1);
        }
        while((strLen = recv(hClntSock, message, BUF_SIZE, 0)) != 0){
            send(hClntSock, message, strLen, 0);
        }
        closesocket(hClntSock);
    }
    closesocket(hServSock);
    WSACleanup();
    return 0;
}

客戶端：

// gcc echo_client_win.c -o echo_client_win -lwsock32
// echo_client_win 127.0.0.1 9190

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_SIZE 1024

void ErrorHandling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char *argv[]){
    WSADATA wsaData;
    SOCKET hSocket;
    char message[BUF_SIZE];
    int strLen;
    SOCKADDR_IN servAdr;

    if(argc != 3){
        printf("Usage: %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){
        ErrorHandling("WSAStartup() error!");
    }

    hSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(hSocket == INVALID_SOCKET){
        ErrorHandling("socket() error");
    }

    memset(&servAdr, 0, sizeof(servAdr));
    servAdr.sin_family = AF_INET;
    servAdr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    servAdr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(connect(hSocket, (SOCKADDR*)&servAdr, sizeof(servAdr)) == SOCKET_ERROR){
        ErrorHandling("connect() error!");
    }
    else{
        puts("Connected........");
    }

    while(1){
        fputs("Input message(Q to quit): ", stdout);
        fgets(message, BUF_SIZE, stdin);

        if(!strcmp(message, "q\n") || !strcmp(message, "Q\n")){
            break;
        }

        send(hSocket, message, strlen(message), 0);
        strLen = recv(hSocket, message, BUF_SIZE - 1, 0);
        message[strLen] = 0;
        printf("Message from server: %s", message);
    }
    closesocket(hSocket);
    WSACleanup();
    return 0;
}

測(cè)試結(jié)果：

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6--TCP原理

I/O緩沖：

? ? ? ? 當(dāng)調(diào)用 write() 函數(shù)后并不會(huì)立即傳輸數(shù)據(jù)，而是將數(shù)據(jù)移至輸出緩沖；

????????同樣當(dāng)調(diào)用 read() 函數(shù)后也并不會(huì)馬上接收數(shù)據(jù)，而是將數(shù)據(jù)移至輸入緩沖；

? ? ? ? TCP會(huì)控制數(shù)據(jù)流，使用滑動(dòng)窗口協(xié)議（參考博主之前的筆記：TCP流量控制）來(lái)限制數(shù)據(jù)傳輸不會(huì)超過(guò)輸入緩沖的大??；

TCP 協(xié)議使用三次握手來(lái)建立連接，使用四次揮手來(lái)斷開(kāi)連接；（具體分析參考書(shū)中圖解）

7--Windows實(shí)現(xiàn)計(jì)算器服務(wù)器端/客戶端

服務(wù)器端：

// gcc op_server_win.c -o op_server_win -lwsock32
// op_server_win 9190

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_SIZE 1024
#define OPSZ 4

void ErrorHandling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int calculate(int opnum, int opnds[], char op){
    int result = opnds[0], i;
    switch(op){
        case '+':
            for(i = 1; i < opnum; i++) result += opnds[i];
            break;
        case '-':
            for(i = 1; i < opnum; i++) result -= opnds[i];
            break;
        case '*':
            for(i = 1; i < opnum; i++) result *= opnds[i];
            break;
    }
    return result;
}

int main(int argc, char* argv[]){
    WSADATA wsaData;
    SOCKET hServSock, hClntSock;
    char opinfo[BUF_SIZE];
    int result, opndCnt, i;
    int recvCnt, recvLen;
    SOCKADDR_IN servAdr, clntAdr;
    int clntAdrSize;
    if(argc != 2){
        printf("Usage: %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){
        ErrorHandling("WSAStartup() error!");
    }

    hServSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(hServSock == INVALID_SOCKET){
        ErrorHandling("socket() error!");
    }

    memset(&servAdr, 0, sizeof(servAdr));
    servAdr.sin_family = AF_INET;
    servAdr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servAdr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

    if(bind(hServSock, (SOCKADDR*)&servAdr, sizeof(servAdr)) == SOCKET_ERROR){
        ErrorHandling("bind() error");
    }

    if(listen(hServSock, 5) == SOCKET_ERROR){
        ErrorHandling("listen() error");
    }

    clntAdrSize = sizeof(clntAdr);

    for(int i = 0; i < 5; i++){
        opndCnt = 0;
        hClntSock = accept(hServSock, (SOCKADDR*)&clntAdr, &clntAdrSize);
        recv(hClntSock, (char*)&opndCnt, 1, 0); // recv one byte

        recvLen = 0;
        while((opndCnt * OPSZ + 1) > recvLen){
            recvCnt = recv(hClntSock, &opinfo[recvLen], BUF_SIZE - 1, 0);
            recvLen += recvCnt;
        }

        result = calculate(opndCnt, (int*)opinfo, opinfo[recvLen - 1]);
        send(hClntSock, (char*)&result, sizeof(result), 0);
        closesocket(hClntSock);
    }

    closesocket(hServSock);
    WSACleanup();
    return 0;
}

客戶端：

// gcc op_client_win.c -o op_client_win -lwsock32
// op_client_win 127.0.0.1 9190

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_SIZE 1024
#define RLT_SIZE 4
#define OPSZ 4

void ErrorHandling(char *message){
    fputs(message, stderr);
    fputc('\n', stderr);
    exit(1);
}

int main(int argc, char* argv[]){
    WSADATA wsaData;
    SOCKET hSocket;
    char opmsg[BUF_SIZE];
    int result, opndCnt, i;
    SOCKADDR_IN servAdr;
    if(argc != 3){
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1);
    }

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0){
        ErrorHandling("WSAStartup() error!");
    }

    hSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(hSocket == INVALID_SOCKET){
        ErrorHandling("socket() error!");
    }

    memset(&servAdr, 0, sizeof(servAdr));
    servAdr.sin_family = AF_INET;
    servAdr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
    servAdr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));

    if(connect(hSocket, (SOCKADDR*)&servAdr, sizeof(servAdr)) == SOCKET_ERROR){
        ErrorHandling("connect() error!");
    }
    else{
        puts("Connected........");
    }

    fputs("Operand count: ", stdout);
    scanf("%d", &opndCnt);
    opmsg[0] = (char)opndCnt; // one byte

    for(i = 0; i < opndCnt; i++){
        printf("Operand %d: ", i + 1);
        scanf("%d", (int*)&opmsg[i*OPSZ + 1]);
    }

    fgetc(stdin);
    fputs("Operator: ", stdout);
    scanf("%c", &opmsg[opndCnt * OPSZ + 1]); // one byte
    send(hSocket, opmsg, opndCnt * OPSZ + 2, 0);
    recv(hSocket, (char*)&result, RLT_SIZE, 0);

    printf("Operation result: %d \n", result);
    closesocket(hSocket);
    WSACleanup();
    return 0;
}

運(yùn)行結(jié)果：

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