一个简单的客户端与服务器通讯

1、Linux网络编程简单的客户端和服务器通讯程序开发入门（2）?2007-09-19 21:15:32分类：燙/C+zieckey简介：本文详细介绍了Linux下BS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

2、之间的数据交流.2.1 socketint 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)

3、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

4、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 sockaddrunisgned short as_family;char sa_data14;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sockad

5、dr_in的定义struct sockaddr_inunsigned short sin_family;unsigned short int sin_port;struct in_addr sin_addr;unsigned char sin_zero8;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_zero8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

6、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

7、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

8、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

9、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-12.5 connectint 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

10、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"0"。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 <sys/types.h>#include <sys/socket.h>int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrl

11、en);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 structsockaddr。addrlen 设置 为 sizeof(struct sockaddr)。想知道得更多吗?让我们来看个例子:#include <string.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#define DEST_IP "0"? #define DEST_PORT 23main()牋 int sock

12、fd;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),; /*

13、 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

14、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

15、*/牋 char sa_data14; /*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;

16、 /* 端口 */牋 struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址 */牋 unsigned char sin_zero8; /* 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 structsockaddr 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 sockad

17、dr *,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)

18、:/* 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 hoste

19、nt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_list0 ?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_

20、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)&quo

21、t;,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 toLong 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&quo

22、t;? 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 Uni

23、x 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/*

24、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 <sys/ty

25、pes.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>#include <string.h>int main(int argc, char *argv)牋 爄nt sockfd,new_fd;牋 爏truct sockaddr_in server_addr;牋 爏truct sockaddr_in cli

26、ent_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 portnumberan",argv0);牋? 牋? return 1;牋? 牋牋牋? if( (portnumber = atoi(argv1) < 0 )牋? 牋? 牋? fprintf(stderr,"Usage:%s portnumberan",argv0);牋? 牋? retur

27、n 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:%sna",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(st

28、ruct 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,&quo

29、t;Bind error:%sna",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:%sna",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_

30、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:%sna",strerror(errno);牋? 牋? 牋? return 1;牋? 牋? 牋? 牋牋牋? 牋? fpr

31、intf(stderr,"Server get connection from %sn", 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:%sn",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(

32、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 Right

33、s Reserved!*/#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>int main(int argc, char *argv)牋? int sockfd;牋? char buffer1024;牋? struct sockaddr_in server_addr;牋?

34、/struct hostent *host;牋? char *ip;牋? int portnumber,nbytes;牋牋牋? if(argc!=3)牋? 牋? 牋? fprintf(stderr,"Usage:%s ip portnumberan",argv0);牋? 牋? return 1;牋? 牋牋牋? /if(host=gethostbyname(argv1)=NULL)牋? printf("agrv1 = %sn",argv1);牋? if( strlen(ip=argv1)< 7 )牋? 牋? 牋? fprintf(stderr,&qu

35、ot;Get Ip address errorn");牋? 牋? return 1;牋? 牋牋牋? if(portnumber=atoi(argv2)<0)牋? 牋? 牋? fprintf(stderr,"Usage:%s hostname portnumberan",argv0);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:%san",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? /