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linux远程开发——网络通信(客户端与服务器建立连接)

一、前言

    本文介绍网络编程的基础知识,使用 Visual Studio 2019 在 linux 本地搭建一个服务器,将客户端与本地服务器连接起来,通过客户端向服务器发送信息,测试服务端能否收到信息。

  • 在编程之前我们先来了解一些基础知识

二、网络编程三要素

网络编程三要素由下面3点组成:

1、IP地址:确定网络中某台计算机的位置

2、端口号:确定是哪个具体的应用程序

3、通信协议:通信双方共同约定和遵循的协议

1、IP地址

1)IP地址概念

  • IP地址是用来区分是哪一台电脑设备,只有知道对方设备的IP地址,才能找到对方的电脑。
   IP地址就像是我们的家庭住址一样,如果你要写信给一个人,你就要知道他(她)的地址,这样邮递员才能把信送到。计算机发送信息就好比是 “邮递员”,它必须知道唯一的 “家庭地址”才能不至于把信送错人家。
    同样的网络编程也需要用到IP地址,客户端需要知道服务器的IP地址,才能找到需要建立连接的服务器。其实网页也有它对应的IP地址,我们平常搜索东西都是输入域名来访问,也可以输入IP地址进行访问。

2)通过IP地址访问CSDN官网

比如:csdn的官网为 www.csdn.net

  • window 下通过按键 win+r 打开运行框输入 cmd 然后回车
  • 控制台输入 ping www.csdn.net

  • 浏览器输入 39.106.226.142 也可以访问到CSDN官网
    可以发现域名后面跟着一个IP地址,浏览器输入这个IP地址也可以访问到CSDN官网。实际上域名和IP地址是一个键值对,是唯一的。如果为了访问CSDN官网要输入那么长的IP地址是不是不方便,所以这时候域名就出现了,用域名来访问是不是更加方便。

3)本地回环IP地址 127.0.0.1

  • 本地服务器的IP地址就可以设置成127.0.0.1
    127.0.0.1,通常被称为本地回环地址 (Loopback Address),不属于任何一个有类别地址类。 它代表设备的本地虚拟接口,所以默认被看作是永远不会宕掉的接口。 在Windows操作系统中也有相似的定义,所以通常在安装网卡前就可以ping通这个本地回环地址。

2、端口号

  • 如果仅仅知道IP地址只能找到具体的某一台计算机,要找到某个应用程序需要知道端口号
    简单来说端口号就是正在运行的程序的标识,用来区分具体是那个应用程序。

3、通信协议

1)通信协议概念

  • 建立通信还需要通信协议,就比如中国统一的语言汉语,这样沟通起来就轻而易举了
    通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的数据通信系统,要使其能协同工作实现信息交换和资源共享,它们之间必须具有共同的语言。交流什么、怎样交流及何时交流,都必须遵循某种互相都能接受的规则。这个规则就是通信协议。

2)TCP和UDP

  • 目前成熟的通信协议是TCP和UDP,其他协议的前身都是TCP或者是UDP

  • 来看一下两个协议的区别

TCPUDP是否需要建立连接需要建立连接,才能发送信息不需要建立连接传输介质流式IO(二进制数据)数据封装成报文包传输限制可以进行大数据传输每次只能传输64KB总结牺牲效率,提高传输安全性,可靠协议牺牲部分安全性,提高传输效率,不可靠协议

  • OSI参考模型与TCP/IP参考模型如下图所示

接下来我们通过代码使用 TCP 协议来建立服务器与客户端之间的联系。

话不多说

三、网络通信基础编程

1、编程流程

  • 基于流套接字的编程流程如下图所示

    本文介绍客户端与服务器建立联系之后,客户端write (),服务器read (),先做简单的连接测试,后期再进行客户端与服务器进行互相通信。接下来的编程按照上面的流程进行。

2、建立本地服务器

1)socket()初始化网络

int socketfd = 0;
//初始化网络  参数一:使用ipv4  参数二:流式传输
socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  • socket()网络初始化 ,返回文件描述符

函数原型:

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

返回值:

成功:返回文件描述符

失败:返回 -1

  • 第一个参数用AF_INET ,即 ipv4

  • 第二个参数用SOCK_STREAM ,即流式的套接字

  • 第三个参数为0即可

2)bind()函数

  • 绑定ip地址和端口号,以及确定通信协议为ipv4
//原本使用struct sockaddr,通常使用sockaddr_in更为方便,两个数据类型是等效的,可以相互转换
struct sockaddr_in s_addr;
//确定使用哪个协议族  ipv4
s_addr.sin_family = AF_INET;

//系统自动获取本机ip地址 也可以是本地回环地址:127.0.0.1
s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

//端口一个计算机有65535个  10000以下是操作系统自己使用的,  自己定义的端口号为10000以后
s_addr.sin_port = htons(12345);  //自定义端口号为12345

len = sizeof(s_addr);

//绑定ip地址和端口号
int res = bind(socketfd, (struct sockaddr *)&s_addr, len);
if (res == -1)
{
    perror("bind error");
}

函数原型:

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

返回值:

成功:返回 0

失败:返回 -1

  • 第一个参数用上一步返回的文件描述符
  • 第二个参数改用 struct sockaddr_in 结构体,更方便
  • 第三个参数为 struct sockaddr_in 结构体的大小

3)listen()监听函数

  • 监听有没有客户端来连接
//监听这个地址和端口有没有客户端来连接  第二个参数现在没有用  只要大于0就行
if (listen(socketfd, 2) == -1)
{
    perror("listen error");
}

函数原型:

int listen(int sockfd, int backlog);

返回值:

成功:返回 0

失败:返回 -1

  • 第一个参数为之前获取的服务器文件描述符
  • 第二个参数只要 >0 即可

4)accept()函数

  • 等待客户端上线,阻塞式函数 ,只有客户端上线才会继续执行
    通过一个while(1)死循环,让服务器一直在线等待客户端上线,一旦某个客户端上线,则开一个子进程,在子进程中循环读取客户端发过来的消息。父进程则继续等待下一个客户端上线。

注:

read()函数也是一个阻塞函数。

//死循环保证服务器一直在线
while (1)
{
    cout << "等待客户端上线" << endl;
    //等待客户端上线,阻塞式函数  acceptfd为连上来的客户端fd
    acceptfd = accept(socketfd, NULL, NULL);
    cout << "客户端上线 fd = " << acceptfd << endl;
    pid = fork();
    if (pid == 0)//子进程  持续读取客户端发来的信息
    {
        while (1)
        {
            read(acceptfd, buf, sizeof(buf));
            cout << "pid = " << getpid() << " 说: " << buf << endl;
            bzero(buf, sizeof(buf));
        }
    }
}

函数原型:

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

返回值:

成功:返回客户端文件描述符

失败:返回 -1

  • 第一个参数为之前获取的服务器文件描述符
  • 第二个第三个参数可以指定为NULL

5)服务器全部代码

#include <iostream>
#include <sys/types.h>         
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
using namespace std;

int main()
{
    
    int socketfd = 0;
    int acceptfd = 0;
    int len = 0;
    int pid = 0;
    char buf[255] = { 0 };//存放客户端发过来的信息
    //初始化网络  参数一:使用ipv4  参数二:流式传输
    socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (socketfd == -1)
    {
        perror("socket error");
    }
    else
    {
        //原本使用struct sockaddr,通常使用sockaddr_in更为方便,两个数据类型是等效的,可以相互转换
        struct sockaddr_in s_addr;
        //确定使用哪个协议族  ipv4
        s_addr.sin_family = AF_INET;

        //系统自动获取本机ip地址 也可以是本地回环地址:127.0.0.1
        s_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;

        //端口一个计算机有65535个  10000以下是操作系统自己使用的,  自己定义的端口号为10000以后
        s_addr.sin_port = htons(12345);  //自定义端口号为12345

        len = sizeof(s_addr);

        //绑定ip地址和端口号
        int res = bind(socketfd, (struct sockaddr *)&s_addr, len);
        if (res == -1)
        {
            perror("bind error");
        }
        else
        {
            //监听这个地址和端口有没有客户端来连接  第二个参数现在没有用  只要大于0就行
            if (listen(socketfd, 2) == -1)
            {
                perror("listen error");
            }
            //死循环保证服务器一直在线
            while (1)
            {
                cout << "等待客户端上线" << endl;
                //等待客户端上线,阻塞式函数  acceptfd为连上来的客户端fd
                acceptfd = accept(socketfd, NULL, NULL);
                cout << "客户端上线 fd = " << acceptfd << endl;
                pid = fork();
                if (pid == 0)//子进程  持续读取客户端发来的信息
                {
                    while (1)
                    {
                        read(acceptfd, buf, sizeof(buf));
                        cout << "pid = " << getpid() << " 说: " << buf << endl;
                        bzero(buf, sizeof(buf));
                    }
                }
            }
        }
    }
}

3、建立客户端

  • 客户端这边只要做socket()初始化网络,并绑定ip地址和端口号,确定通信协议ipv4
#include <iostream>
#include <sys/types.h>          
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
using namespace std;

int main()
{
    int socketfd = 0;
    int acceptfd = 0;
    int len = 0;
    char buf[255] = { 0 };
    //初始化网络
    socketfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (socketfd == -1)
    {
        perror("socket error");
    }
    else
    {
        struct sockaddr_in s_addr;
        //确定使用哪个协议族  ipv4
        s_addr.sin_family = AF_INET;

        //填入服务器的ip地址  也可以是  127.0.0.1 (回环地址)
        s_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");

        //端口一个计算机有65535个  10000以下是操作系统自己使用的,  自己定义的端口号为10000以后
        s_addr.sin_port = htons(12345);  //自定义端口号为12345

        len = sizeof(s_addr);

        //绑定ip地址和端口号
        int res = connect(socketfd, (struct sockaddr*)&s_addr, len);
        if (res == -1)
        {
            perror("connect error");
        }
        else
        {
            while (1)
            {
                //控制台输入
                fgets(buf, sizeof(buf), stdin);
                write(socketfd, buf, sizeof(buf));
                bzero(buf, sizeof(buf));
            }
        }
    }
    return 0;
}

注:

1、因为是本地的客户端,且服务器也是本地的,所以绑定的ip地址为本地的回环地址即可

2、绑定的端口号和使用的通信协议必须和服务器一样

3、write()函数中的文件描述符为服务器的

4、客户端连接服务器测试

  • 在linux下找到对应的main.cpp ,通过g++ 的方式编译, ./ 运行

注:

1、代码有改动的话,需要重新生成解决方案,代码即可同步到linux下

2、先运行服务器,再运行客户端

测试结果

    可以发现每运行一个客户端,服务器都会收到提示,而且客户端发送的信息,服务器都可以收到,说明客户端和服务器连接成功!!

原创不易,转载请标明出处。

对您有帮助的话可以一键三连,会持续更新的(嘻嘻)。


本文转载自: https://blog.csdn.net/wmcy123/article/details/123762635
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