计算机网络 | 基于TCP的C/S模型代码实现

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专栏：《网络编程》

C/S模型流程

下图是基于TCP协议的客户端/服务器程序的一般流程：

服务器调用socket()、bind()、listen()完成初始化后，调用accept()阻塞等待，处于监听端口的状态，客户端调用socket()初始化后，调用connect()发出SYN段并阻塞等待服务器应答，服务器应答一个SYN-ACK段，客户端收到后从connect()返回，同时应答一个ACK段，服务器收到后从accept()返回。
数据传输的过程：
建立连接后，TCP协议提供全双工的通信服务，但是一般的客户端/服务器程序的流程是由客户端主动发起请求，服务器被动处理请求，一问一答的方式。因此，服务器从accept()返回后立刻调用read()，读socket就像读管道一样，如果没有数据到达就阻塞等待，这时客户端调用write()发送请求给服务器，服务器收到后从read()返回，对客户端的请求进行处理，在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答，服务器调用write()将处理结果发回给客户端，再次调用read()阻塞等待下一条请求，客户端收到后从read()返回，发送下一条请求，如此循环下去。
如果客户端没有更多的请求了，就调用close()关闭连接，就像写端关闭的管道一样，服务器的read()返回0，这样服务器就知道客户端关闭了连接，也调用close()关闭连接。注意，任何一方调用close()后，连接的两个传输方向都关闭，不能再发送数据了。如果一方调用shutdown()则连接处于半关闭状态，仍可接收对方发来的数据。
在学习socket API时要注意应用程序和TCP协议层是如何交互的： 应用程序调用某个socket函数时TCP协议层完成什么动作，比如调用connect()会发出SYN段 应用程序如何知道TCP协议层的状态变化，比如从某个阻塞的socket函数返回就表明TCP协议收到了某些段，再比如read()返回0就表明收到了FIN段。

server

server.c的作用是从客户端读字符，然后将每个字符转换为大写并回送给客户端。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<unistd.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#include<arpa/inet.h>#defineMAXLINE80#defineSERV_PORT6666intmain(void){structsockaddr_in servaddr, cliaddr;socklen_t cliaddr_len;int listenfd, connfd;char buf[MAXLINE];char str[INET_ADDRSTRLEN];int i, n;

    listenfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr =htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port =htons(SERV_PORT);bind(listenfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));listen(listenfd,20);printf("Accepting connections ...\n");while(1){
        cliaddr_len =sizeof(cliaddr);
        connfd =accept(listenfd,(structsockaddr*)&cliaddr,&cliaddr_len);
        n =read(connfd, buf, MAXLINE);printf("received from %s at PORT %d\n",inet_ntop(AF_INET,&cliaddr.sin_addr, str,sizeof(str)),ntohs(cliaddr.sin_port));for(i =0; i < n; i++)
            buf[i]=toupper(buf[i]);write(connfd, buf, n);close(connfd);}return0;}

client

client.c的作用是从命令行参数中获得一个字符串发给服务器，然后接收服务器返回的字符串并打印。

#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<unistd.h>#include<sys/socket.h>#include<netinet/in.h>#defineMAXLINE80#defineSERV_PORT6666intmain(int argc,char*argv[]){structsockaddr_in servaddr;char buf[MAXLINE];int sockfd, n;char*str;if(argc !=2){fputs("usage: ./client message\n",stderr);exit(1);}
str = argv[1];

    sockfd =socket(AF_INET, SOCK_STREAM,0);bzero(&servaddr,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family = AF_INET;inet_pton(AF_INET,"127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);
    servaddr.sin_port =htons(SERV_PORT);connect(sockfd,(structsockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));write(sockfd, str,strlen(str));

    n =read(sockfd, buf, MAXLINE);printf("Response from server:\n");write(STDOUT_FILENO, buf, n);close(sockfd);return0;}

由于客户端不需要固定的端口号，因此不必调用bind()，客户端的端口号由内核自动分配。注意，客户端不是不允许调用bind()，只是没有必要调用bind()固定一个端口号，服务器也不是必须调用bind()，但如果服务器不调用bind()，内核会自动给服务器分配监听端口，每次启动服务器时端口号都不一样，客户端要连接服务器就会遇到麻烦。
客户端和服务器启动后可以使用netstat命令查看链接情况：

netstat -apn|grep6666