Linux从入门到开发实战(C/C++)Day08-Socket网络编程

编程语言 2024-11-06 19:29:52 阅读次数: 0

socketFd:是一个描述符号，表示进程中的网络设备
        分两种：
            1.socket函数创建，创建的socketFd接口对应服务器端的网络设备，用来接受客户端连接
            2.accept函数返回值，创建的socketFd接口对应客户端（一个socket对应一个客户端）
                对socketFd进行读，从客户端接收数据
                        写，发送数据到客户端

        tcp客户端则是只有socket函数创建的socketFd，对应服务器（注意与上面两种进行区分）
            对socketFd进行读，从服务器接收数据
                        写，发送数据到服务器

    协议地址簇：用于区分主机、进程
        三个成员：
            family    通信协议
            addr    ip地址    区分主机
            端口号    区分进程
    绑定：把 socketfd 和 地址协议簇 绑到一起
    监听：绑定后准备好accept
    accept：形成稳定的数据传输通道
        阻塞式等待和有名管道类似

tcp:有连接
        建立连接：三次握手
            1.客户端向服务器发送连接请求（报文SYN）
            2.服务器收到SYN之后向客户端发送收到指令ACK和连接请求SYN
            3.客户端向服务器发送收到指令ACK
        断开连接：四次挥手
            1.客户端向服务器发送断开请求 FIN
            2.服务器收到客户端发来的FIN后回复收到指令ACK
            3.服务器检查是否存在没有收发完的数据
                如果有，先收发完，然后再向客户端发送断开指令/请求 FIN
            4.客户端收到服务器发来的FIN后，检查是否存在没有收发完的数据
                如果有，先收发完，然后回复ACK
        服务器主动断开只需要第3、4步
        如果因为网络问题双方被动断开，会延迟等待一段时间（期间保持连接时候的状态），之后若再没回复连接就主动断开
        tcp的11种状态：
            CLOSED        初始状态    服务器准备建立连接前和断开连接后
            LISTEN        监听状态    服务器绑定监听后的状态
            SYN_RCVD    服务器接收SYN之后，发送ACK之前
            SYN_SENT    客户端发送SYN后，接收SYN和ACK之前

            ESTABLISHED    连接状态    服务器和客户端都有的一个状态，建立稳定的数据传输通道时的状态

            FIN_WAIT1    服务器收到FIN之后，发送ACK之前
            FIN_WAIT2    服务器发送FIN之后，接受ACK之前
            CLOSE_WAIT    客户端接收FIN之后，发送ACK之前
            LAST_ACK    客户端接收ACK之后
            CLOSEING    双方同时发送FIN，等待接收ACK

            TIME_WAIT    等待延迟
tcp编程模型
            服务器                                                    客户端
        1.创建socket                                      1.创建socket（socket）
        2.确定服务器协议地址簇                    2.获取服务器地址簇（struct sockaddr）
        3.绑定（bind）
        4.监听（listen）
        5.接受客户端连接（accept）             3.连接服务器（connect）
        6.通信                                                 4.通信
                      ==收（recv）发（send）都可以==
        7.断开连接                                          5.断开连接（close）

    UDP:无连接
    编程模型：
                server                        client
            1.创建socket                1.创建socket
                    socket    第二个参数变为SOCK_DGRAM
            2.协议地址簇                2.协议地址簇
            3.绑定
            4.通信                           3.通信
                通常使用recvfrom、sendto
                recvfrom == recv + accep    除了接收数据外，还可获取对方协议地址簇
                sendto == send + connect    除了发送数据外，还可以连接到对方（精准发送）
            5.close                        4.close
            
    tcp聊天室：
        1.服务器要能接受多个客户端连接
            如果按照之前的tcp测试代码，可以发现s可以连接c1，当c2打开时提示连接服务器成功，但是s收不到c2发来的信息
                原因：server只accept了一次，所以只有c1对应的fd被保存了下来
                如果先循环多次接收多个客户端连接
                    那么就会卡在连接状态，到不了通信循环
                    解决思路：
                        1）父子进程
                            行不通，因为子进程只是拷贝父进程代码和进程上下文，父子进程socket函数的返回值是不同的两个
                        2）多进程
                            弊端：多进程开销相对很大
                        3) 多线程
                            可行，但有弊端：第四步搞不定，且做不到高并发
                        
        2.服务器能收到客户端发送的消息
            因为scanf会阻塞，所以用select实现同时接受连接和通信
        3.服务器能转发给所有客户端新消息(业务)
            与2同理
        4.服务器能知道客户端断开了连接

tcp相关代码

//server.c
#include <stdio.h>
#include <unistd.h> //linux操作系统标准头文件
#include <string.h> //memcpy
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h> //umask
#include <time.h>
#include <sys/time.h>
#include <dirent.h> //遍历目录
#include <fcntl.h>  //文件映射虚拟内存
#include <sys/mman.h>
#include <wait.h>
#include <signal.h> //SIGCHLD
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>

int clientFd;
int serverFd;
void hand(int s)
{
    if (2 == s)
    {
        // 7.断开连接
        close(clientFd);
        close(serverFd);
        printf("断开连接\n");
        exit(1);
    }
}

int main()
{
    signal(2, hand);
    // 1.创建socket
    serverFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (-1 == serverFd)
    {
        printf("创建socket失败%m\n");
        return -1;
    }
    printf("创建socket成功\n");

    // 2.确定服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in addr = {0};
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // ip地址 注意字符串转网络字节序
    addr.sin_port = htons(9999);                   // 端口号 用10000左右的 注意大小端转换

    // 3.绑定（bind）
    int r = bind(serverFd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof addr);
    if (-1 == r)
    {
        printf("绑定失败%m\n");
        close(serverFd);
        return -1;
    }
    printf("绑定成功\n");

    // 4.监听（listen）
    r = listen(serverFd, 100);
    if (-1 == r)
    {
        printf("监听失败%m\n");
        close(serverFd);
        return -1;
    }
    printf("监听成功\n");

    // 5.接受客户端连接（accept)
    struct sockaddr_in cAddr={0};//用来接收客户端的协议地址簇
    int len = sizeof cAddr;
    clientFd = accept(serverFd, (struct sockaddr*)&cAddr, &len);
    if (-1 == clientFd)
    {
        printf("接受客户端连接失败%m\n");
        close(serverFd);
        return -1;
    }
    printf("接受客户端连接成功 %d %s %u\n",clientFd,inet_ntoa(cAddr.sin_addr),cAddr.sin_port);

    // 6.通信
    char buff[1024];
    int n=0;
    char temp[1024];
    while (1)
    {
        r = recv(clientFd, buff, 1023, 0);
        if (r > 0)
        {
            buff[r] = 0; // 添加字符串结束符号
            printf("接受到%d字节消息：%s\n", r, buff);
            sprintf(temp,"%d-%s",n++,buff);
            send(clientFd,temp,strlen(temp),0);
        }
    }

    return 0;
}
//client.c
int clientFd;
void hand(int s)
{
    if (2 == s)
    {
        // 5.断开连接
        close(clientFd);
        printf("断开连接\n");
        exit(1);
    }
}

int main()
{
    signal(2, hand);
    // 1.创建socket
    clientFd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (-1 == clientFd)
    {
        printf("创建socket失败%m\n");
        return -1;
    }
    printf("创建socket成功\n");

    // 2.确定服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in addr = {0};
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1"); // ip地址 注意字符串转网络字节序
    addr.sin_port = htons(9999);                   // 端口号 用10000左右的 注意大小端转换

    // 3.连接服务器
    int r = connect(clientFd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof addr);
    if (-1 == r)
    {
        printf("连接服务器失败%m\n");
        close(clientFd);
        return -1;
    }
    printf("连接服务器成功\n");

    // 4.通信
    char buff[1024];
    char temp[1024];
    while (1)
    {
        printf("请输入要发送的内容：");
        scanf("%s", buff);
        r = send(clientFd, buff, strlen(buff), 0);
        printf("发送%d字节数据到服务器\n",r);
        r=recv(clientFd,temp,1023,0);
        if (r > 0)
        {
            printf("服务器回复%d字节消息：%s\n", r, temp);
        }
    }

    return 0;
}

udp相关代码

//server.c
int serverFd;
void hand(int s)
{
    if (2 == s)
    {
        // 7.断开连接
        close(serverFd);
        printf("断开连接\n");
        exit(1);
    }
}

int main()
{
    signal(2, hand);
    // 1.创建socket
    serverFd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == serverFd)
    {
        printf("创建socket失败%m\n");
        return -1;
    }
    printf("创建socket成功\n");

    // 2.确定服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in addr = {0};
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("111.67.205.228");
    addr.sin_port = htons(9999);

    // 3.绑定（bind）
    int r = bind(serverFd, (struct sockaddr *)&addr, sizeof addr);
    if (-1 == r)
    {
        printf("绑定失败%m\n");
        close(serverFd);
        return -1;
    }
    printf("绑定成功\n");

    // 4.通信
    char buff[1024];
    int n = 0;
    char temp[1024];
    struct sockaddr_in cAddr = {0};
    int len = sizeof cAddr;
    while (1)
    {
        // r = recv(serverFd, buff, 1023, 0);
        r = recvfrom(serverFd, buff, 1023, 0, (struct sockaddr *)&cAddr, &len);
        if (r > 0)
        {
            buff[r] = 0; // 添加字符串结束符号
            printf("接受到%d字节消息：%s\n", r, buff);
            memset(temp,0,1024);
            sprintf(temp, "%d-%s", n++, buff);
            // printf("%s\n",temp);
            sendto(serverFd, temp, strlen(temp), 0, (struct sockaddr *)&cAddr, len);
        }
    }

    return 0;
}
//client.c
int clientFd;
void hand(int s)
{
    if (2 == s)
    {
        // 5.断开连接
        close(clientFd);
        printf("断开连接\n");
        exit(1);
    }
}

int main()
{
    signal(2, hand);
    // 1.创建socket
    clientFd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if (-1 == clientFd)
    {
        printf("创建socket失败%m\n");
        return -1;
    }
    printf("创建socket成功\n");

    // 2.确定服务器协议地址簇
    struct sockaddr_in addr = {0};
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("111.67.205.228");
    addr.sin_port = htons(9999);

    // 4.通信
    char buff[1024];
    char temp[1024];
    while (1)
    {
        printf("请输入要发送的内容：");
        scanf("%s", buff);
        int r = sendto(clientFd, buff, strlen(buff), 0,(struct sockaddr*)&addr,sizeof addr);
        printf("发送%d字节数据到服务器\n", r);
        memset(temp,0,1024);
        r = recv(clientFd, temp, 1023, 0);
        if (r > 0)
        {
            printf("服务器回复%d字节消息：%s\n", r, temp);
        }
    }

    return 0;
}

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