一个简单的客户端与服务器通讯

Linux网络编程－简单的客户端和服务器通讯程序开发入门（2）?007-09-19 21:15:32分类：燙/C++zieckey＠https://www.360docs.net/doc/6c7303609.html,

简介：

本文详细介绍了Linux下B／S结构的客户端服务器通讯程序的开发入门，

其中对重要的网络函数和结构体作了详细的说明和分析，

最后给出一个简单的客户端和服务器通讯程序示例以加深理解。

2. 初等网络函数介绍（TCP）

Linux系统是通过提供套接字(socket)来进行网络编程的.网络程序通过socket和其它几个函数的调用,

会返回一个通讯的文件描述符,我们可以将这个描述符看成普通的文件的描述符来操作,

这就是linux的设备无关性的好处.我们可以通过向描述符读写操作实现网络之间的数据交流.

2.1 socket

int socket(int domain, int type,int protocol)

domain:说明我们网络程序所在的主机采用的通讯协族(AF_UNIX和AF_INET等).?AF_UNIX只能够用于单一的Unix系统进程间通信,而AF_INET是针对Internet的,

因而可以允许在远程主机之间通信(当我们 man socket时发现 domain可选项是 PF_*而不是AF_*,

因为glibc是posix的实现所以用PF代替了AF,不过我们都可以使用的).

type:我们网络程序所采用的通讯协议(SOCK_STREAM,SOCK_DGRAM等) SOCK_STREAM表明我们用的是TCP协议,

这样会提供按顺序的,可靠,双向,面向连接的比特流. SOCK_DGRAM 表明我们用的是UDP协议, 这样只会提供定长的,不可靠,无连接的通信.

protocol:由于我们指定了type,所以这个地方我们一般只要用0来代替就可以了 socket为网络通讯做基本的准备.

成功时返回文件描述符,失败时返回-1,看error可知道出错的详细情况.

2.2 bind

?一旦你有一个套接字,你可能要将套接字和机器上的一定的端口关联起来。(如果你想用listen()来侦听一定端口的

数据,这是必要一步)如果你只想用 connect(),那么这个步骤没有必要。但是无论如何,请继续读下去。

这里是系统调用 bind() 的大概:

int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen)

sockfd:是由socket调用返回的文件描述符.

addrlen:是sockaddr结构的长度.

my_addr:是一个指向sockaddr的指针. 在中有 sockaddr的定义

struct sockaddr{

unisgned short as_family;

char sa_data[14];

};

不过由于系统的兼容性,我们一般不用这个头文件,而使用另外一个结构(struct sockaddr_in) 来代替.

在中有sockaddr_in的定义

struct sockaddr_in{

unsigned short sin_family;

unsigned short int sin_port;

struct in_addr sin_addr;

unsigned char sin_zero[8];

}

我们主要使用Internet所以sin_family一般为AF_INET,

sin_addr设置为INADDR_ANY表示可以和任何的主机通信,sin_port是我们要监听的端口号. sin_zero[8]是用来填充的. bind将本地的端口同socket返回的文件描述符捆绑在一起.

成功是返回0,失败的情况和socket一样

2.3 listen

牋牋牋牋牋牋牋牋牋牋牋?假如你不希望与远程的一个地址相连,或者说, 仅仅是将它踢开,那你就需要等待接入请求并

且用各种方法处理它们。处理过程分两步:首先,你听--listen(),然后,你接受--accept() (请看下面的内容)。

除了要一点解释外,系统调用 listen 也相当简单。

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd 是调用 socket() 返回的套接字文件描述符。backlog 是在进入队列中允许的连接数目。什么意思呢? 进入的连

接是在队列中一直等待直到你接受 (accept() 请看下面的文章)连接。它们的数目限制于队列的允许。大多数系统的允

许数目是20,你也可以设置为5到10。

和别的函数一样,在发生错误的时候返回-1,并设置全局错误变量 errno。

你可能想象到了,在你调用 listen() 前你或者要调用 bind() 或者让内核随便选择一个端口。如果你想侦听进入的连

接,那么系统调用的顺序可能是这样的:

socket();

?bind();

listen();

?/* accept() 应该在这 */

2.4 accept

?准备好了,系统调用 accept() 会有点古怪的地方的!你可以想象发生这样的事情:有人从很远的地方通过一个你在

侦听 (listen()) 的端口连接 (connect()) 到你的机器。它的连接将加入到等待接受(accept()) 的队列中。你调用

accept() 告诉它你有空闲的连接。它将返回一个新的套接字文件描述符!这样你就有两个套接字了,原来的一个还在侦

听你的那个端口, 新的在准备发送 (send()) 和接收 ( recv()) 数据。这就是这个过程! int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)

sockfd:是listen后的文件描述符.

addr, addrlen是用来给客户端的程序填写的,服务器端只要传递指针就可以了.?bind,listen和accept是服务器端用的函数,

accept调用时,服务器端的程序会一直阻塞到有一个客户程序发出了连接.?accept成功时返回最后的服务器端的文件描述符,这个时候服务器端可以向该描述符写信息了. 失败时返回-1

2.5 connect

int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen)

sockfd:socket返回的文件描述符.

serv_addr:储存了服务器端的连接信息.其中sin_add是服务端的地址

addrlen:serv_addr的长度

connect函数是客户端用来同服务端连接的.成功时返回0,sockfd是同服务端通讯的文件描述符失败时返回-1.

牋?现在我们假设你是个 telnet 程序。你的用户命令你得到套接字的文件描述符。你听从命令调用了socket()。下一

步,你的用户告诉你通过端口 23(标准 telnet 端口)连接到"132.241.5.10"。你该怎么做呢? 幸运的是,你正在阅读

connect()--如何连接到远程主机这一章。你可不想让你的用户失望。

connect() 系统调用是这样的:

#include

#include

int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

sockfd 是系统调用 socket() 返回的套接字文件描述符。serv_addr 是保存着目的地端口和 IP 地址的数据结构 struct

sockaddr。addrlen 设置为 sizeof(struct sockaddr)。

想知道得更多吗?让我们来看个例子:

#include

#include

#include

#define DEST_IP "132.241.5.10"

?#define DEST_PORT 23

main()

牋 {

int sockfd;

struct sockaddr_in dest_addr; /* 目的地址*/

sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); /* 错误检查 */

dest_addr.sin_family = AF_INET; /* host byte order */

dest_addr.sin_port = htons(DEST_PORT); /* short, network byte order */

dest_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(DEST_IP);

bzero(&(dest_addr.sin_zero),; /* zero the rest of the struct */

/* don't forget to error check the connect()! */

connect(sockfd, (struct sockaddr *)&dest_addr, sizeof(struct sockaddr));

牋 .

2.6重要的结构题介绍

首先是简单的一个:socket描述符。它是下面的类型:

int

仅仅是一个常见的 int。

从现在起,事情变得不可思议了,而你所需做的就是继续看下去。注意这样的事实:有两种字节排列顺序:重要的字节 (

有时叫 "octet",即八位位组) 在前面,或者不重要的字节在前面。前一种叫“网络字节顺序(Network Byte Order)

”。有些机器在内部是按照这个顺序储存数据,而另外一些则不然。当我说某数据必须按照NBO 顺序,那么你要调用函

数(例如 htons() )来将它从本机字节顺序 (Host Byte Order) 转换过来。如果我没有提到NBO, 那么就让它保持本机

字节顺序。

我的第一个结构(在这个技术手册TM中)--struct sockaddr.。这个结构为许多类型的套接字储存套接字地址信息:

struct sockaddr {

牋 unsigned short sa_family; /* 地址家族, AF_xxx */

牋 char sa_data[14]; /*14字节协议地址*/

牋 };

sa_family 能够是各种各样的类型,但是在这篇文章中都是 "AF_INET"。 sa_data包含套接字中的目标地址和端口信息。

这好像有点不明智。

为了处理struct sockaddr,程序员创造了一个并列的结构: struct sockaddr_in ("in" 代表 "Internet"。)

struct sockaddr_in {

牋 short int sin_family; /* 通信类型 */

牋 unsigned short int sin_port; /* 端口 */

牋 struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址 */

牋 unsigned char sin_zero[8]; /* 与sockaddr结构的长度相同*/

牋 };

用这个数据结构可以轻松处理套接字地址的基本元素。注意 sin_zero (它被加入到这个结构,并且长度和 struct

sockaddr 一样) 应该使用函数 bzero() 或 memset() 来全部置零。同时,这一重要的字节,一个指向 sockaddr_in结构

体的指针也可以被指向结构体sockaddr并且代替它。这样的话即使 socket() 想要的是struct sockaddr *,你仍然可以

使用 struct sockaddr_in,并且在最后转换。同时,注意 sin_family 和 struct sockaddr 中的 sa_family 一致并能够

设置为 "AF_INET"。最后,sin_port和 sin_addr 必须是网络字节顺序 (Network Byte Order)!

你也许会反对道:"但是,怎么让整个数据结构 struct in_addr sin_addr 按照网络字节顺序呢?" 要知道这个问题的答

案,我们就要仔细的看一看这个数据结构: struct in_addr, 有这样一个联合 (unions): /* Internet 地址 (一个与历史有关的结构) */

牋 struct in_addr {

牋 unsigned long s_addr;

牋 };

它曾经是个最坏的联合,但是现在那些日子过去了。如果你声明 "ina" 是数据结构 struct sockaddr_in 的实例,那么

"ina.sin_addr.s_addr" 就储存4字节的 IP 地址(使用网络字节顺序)。如果你不幸的系统使用的还是恐怖的联合

struct in_addr ,你还是可以放心4字节的 IP地址并且和上面我说的一样(这是因为使用了“#define”。)

struct hostent结构体

这个数据结构是这样的：?牋爏truct hostent {?牋燾har *h_name;?牋燾har **h_aliases;?牋爄nt h_addrtype;?牋爄nt h_length;?牋燾har **h_addr_list;?牋爙;?牋 ?define h_addr h_addr_list[0] ?这里是这个数据结构的详细资料： ?struct hostent: ? h_name ? 地址的正式名称。? h_aliases ? 空字节-地址的预备名称的指针。? h_addrtype ?地址类型; 通常是AF_INET。 ? h_length ? 地址的比特长度。? h_addr_list ? 零字节-主机网络地址指针。网络字节顺序。? h_addr - h_addr_list中的第一地址。?

2.7本机转换

?我们现在到了新的章节。我们曾经讲了很多网络到本机字节顺序的转换,现在可以实践了! 你能够转换两种类型: short (两个字节)和 long (四个字节)。这个函数对于变量类型

unsigned 也适用。假设你想将

short 从本机字节顺序转换为网络字节顺序。用 "h" 表示 "本机 (host)",接着是 "to",然后用 "n" 表示 "网络

(network)",最后用 "s" 表示 "short": h-to-n-s, 或者 htons() ("Host to Network Short")。

太简单了...

如果不是太傻的话,你一定想到了由"n","h","s",和 "l"形成的正确组合,例如这里肯定没有stolh() ("Short to

Long Host") 函数,不仅在这里没有,所有场合都没有。但是这里有:

htons()--"Host to Network Short"

?htonl()--"Host to Network Long"

?ntohs()--"Network to Host Short"

?ntohl()--"Network to Host Long"

现在,你可能想你已经知道它们了。你也可能想:“如果我想改变 char 的顺序要怎么办呢?”但是你也许马上就想到,

“用不着考虑的”。你也许会想到:我的 68000 机器已经使用了网络字节顺序,我没有必要去调用 htonl() 转换 IP 地

址。你可能是对的,但是当你移植你的程序到别的机器上的时候,你的程序将失败。可移植性!这里是 Unix 世界!记

住:在你将数据放到网络上的时候,确信它们是网络字节顺序的。

最后一点:为什么在数据结构 struct sockaddr_in 中, sin_addr 和 sin_port 需要转换为网络字节顺序,而

sin_family 需不需要呢? 答案是: sin_addr 和 sin_port 分别封装在包的 IP 和 UDP 层。因此,它们必须要是网络字

节顺序。但是 sin_family 域只是被内核 (kernel) 使用来决定在数据结构中包含什么类型的地址,所以它必须是本机字

节顺序。同时, sin_family 没有发送到网络上,它们可以是本机字节顺序。

2.8 实例

服务器端程序

/******* 服务器程序 (server.c) ************/

/******************************************************************************* *************

**牋燦ame:server.c

**牋燯sed to study the network programming in Linux OS.

**牋燬howing how to use the functions,

** like socket,bind,listen,accept and write.

**牋燭his is the server program.

**牋燗uthor:zeickey

**牋燚ate:2006/9/16牋牋??**牋燙opyright (c) 2006,All Rights Reserved!

******************************************************************************** *************/

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main(int argc, char *argv[])

{

牋爄nt sockfd,new_fd;

牋爏truct sockaddr_in server_addr;

牋爏truct sockaddr_in client_addr;

牋爄nt sin_size,portnumber;

牋燾har hello[]="Hello! Are You Fine?\n";

牋 ?牋?if(argc!=2)

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?if( (portnumber = atoi(argv[1])) < 0 )

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Usage:%s portnumber\a\n",argv[0]);

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?/* 服务器端开始建立socket描述符 */

牋?if( (sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM, 0)) == -1 )

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?/* 服务器端填充 sockaddr结构 */

牋?//bzero(&server_addr, sizeof(struct sockaddr_in));

牋?memset(&server_addr, 0, sizeof(struct sockaddr_in));

牋?server_addr.sin_family = AF_INET;

牋?server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

牋?server_addr.sin_port = htons(portnumber);

牋牋

牋?/* 捆绑sockfd描述符，为下面的listen函数作准备 */

牋?if( bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1 )

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Bind error:%s\n\a",strerror(errno));

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?/* 监听sockfd描述符 */

牋?if( -1 == listen(sockfd,5) )

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Listen error:%s\n\a",strerror(errno));

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?while(1)

牋?{

牋?牋?/* 服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */

牋?牋?sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);

牋?牋?//if( (new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)(&client_addr), &sin_size)) == -1)

牋?牋?new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)(&client_addr), &sin_size); 牋?牋?if( -1 == new_fd )

牋?牋?{

牋?牋?牋?fprintf(stderr,"Accept error:%s\n\a",strerror(errno));

牋?牋?牋?return 1;

牋?牋?}

牋?牋牋

牋?牋?fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n", inet_ntoa(client_addr.sin_addr));

牋?牋?if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1)

牋?牋?{

牋?牋?牋?fprintf(stderr,"Write Error:%s\n",strerror(errno));

牋?牋?牋?return 1;

牋?牋?}

牋?牋?/* 这个通讯已经结束 */

牋?牋?close(new_fd);

牋?牋?/* 循环下一个 */

牋?}

牋?close(sockfd);

牋?return 0;

}

客户端程序

/******* 客户端程序 client.c ************/

/******************************************************************************* *************

**牋?Name:client.c

**牋?Used to study the network programming in Linux OS.

**牋?Showing how to use the functions,

** like socket,bind,listen,accept and write.

**牋?This is the client program.

**牋?Author:zeickey

**牋?Date:2006/9/16牋?牋牋

**牋?Copyright (c) 2006,All Rights Reserved!

******************************************************************************** *************/

#include

#include

#include

#include

#include

#include

#include

int main(int argc, char *argv[])

{

牋?int sockfd;

牋?char buffer[1024];

牋?struct sockaddr_in server_addr;

牋?//struct hostent *host;

牋?char *ip;

牋?int portnumber,nbytes;

牋牋

牋?if(argc!=3)

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Usage:%s ip portnumber\a\n",argv[0]);

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?//if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)

牋?printf("agrv[1] = %s\n",argv[1]);

牋?if( strlen(ip=argv[1])< 7 )

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Get Ip address error\n");

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?if((portnumber=atoi(argv[2]))<0)

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumber\a\n",argv[0]);

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?/* 客户程序开始建立 sockfd描述符 */

牋?if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?/* 客户程序填充服务端的资料 */

牋?bzero(&server_addr, sizeof(server_addr));

牋?server_addr.sin_family = AF_INET;

牋?server_addr.sin_port = htons(portnumber);

牋?//server_addr.sin_addr = *( (struct in_addr *)host->h_addr );

牋?//server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(host->h_addr);

牋?server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(ip);

牋?//server_addr.sin_addr.s_addr = ((struct in_addr*)(host->h_addr))->s_addr;

牋牋

牋?/* 客户程序发起连接请求 */

牋?if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))==-1)

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Connect Error:%s\a\n",strerror(errno));

牋?牋?return 1;

牋?}

牋牋

牋?/* 连接成功了 */

牋?if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1)

牋?{

牋?牋?fprintf(stderr,"Read Error:%s\n",strerror(errno));

牋?牋?return 1;

牋?}

牋?buffer[nbytes]='\0';

牋?printf("I have received:%s\n",buffer);

牋?/* 结束通讯 */

牋?close(sockfd);

牋?return 0;

}

MakeFile

这里我们使用GNU 的make实用程序来编译. 关于make的详细说明见 Make 使用介绍

######### Makefile ###########

all:server client

server:server.c

gcc $^ -o $@

client:client.c

gcc $^ -o $@

运行make后会产生两个程序server(服务器端)和client(客户端) 先运行./server portnumber& (portnumber随便取一个大于1204且不在/etc/services中出现的号码就用8888好了),然后运行 ./client localhost 8888 看看有什么结果. (你也可以用telnet和netstat试一试.) 上面是一个最简单的网络程序,不过是不是也有点烦.上面有许多函数我们还没有解释. 我会在下一章进行的详细的说明.

2.9 总结

总的来说网络程序是由两个部分组成的--客户端和服务器端.它们的建立步骤一般是:

服务器端

socket-->bind-->listen-->accept

客户端

socket-->connect

?