From d8dcb629b684e77ef6e9c3528a6ec6029f352c6d Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: riba2534 Date: Mon, 14 Jan 2019 15:12:30 +0800 Subject: [PATCH] =?UTF-8?q?4.3=20=E5=AE=9E=E7=8E=B0=E8=BF=AD=E4=BB=A3?= =?UTF-8?q?=E6=9C=8D=E5=8A=A1=E7=AB=AF/=E5=AE=A2=E6=88=B7=E7=AB=AF=20P72?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- README.md | 140 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++- ch04/README.md | 1 + ch04/hello_client.c | 49 ++++++++++++++++ ch04/hello_server.c | 58 ++++++++++++++++++ 4 files changed, 247 insertions(+), 1 deletion(-) create mode 100644 ch04/README.md create mode 100644 ch04/hello_client.c create mode 100644 ch04/hello_server.c diff --git a/README.md b/README.md index 1baed14..edd6871 100644 --- a/README.md +++ b/README.md @@ -943,12 +943,150 @@ addr.sin_port = htons(atoi(serv_port)); //基于字符串的IP地址端口号 答：127.0.0.1 表示回送地址，指的是计算机自身的IP地址，无论什么程序，一旦使用回送地址发送数据，协议软件立即返回，不进行任何网络传输。 -## 第 4 章 基于 TCP 的服务端、客户端（1） +## 第 4 章 基于 TCP 的服务端/客户端（1） 本章代码，在[TCP-IP-NetworkNote](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote)中可以找到。 ### 4.1 理解 TCP 和 UDP +根据数据传输方式的不同，基于网络协议的套接字一般分为 TCP 套接字和 UDP 套接字。因为 TCP 套接字是面向连接的，因此又被称为基于流（stream）的套接字。 + +TCP 是 Transmission Control Protocol （传输控制协议）的简写，意为「对数据传输过程的控制」。因此，学习控制方法及范围有助于正确理解 TCP 套接字。 + +#### 4.1.1 TCP/IP 协议栈 + +![](https://i.loli.net/2019/01/14/5c3c21889db06.png) + +TCP/IP 协议栈共分为 4 层，可以理解为数据收发分成了 4 个层次化过程，通过层次化的方式来解决问题 + +#### 4.1.2 链路层 + +链路层是物理链接领域标准化的结果，也是最基本的领域，专门定义LAN、WAN、MAN等网络标准。若两台主机通过网络进行数据交换，则需要物理连接，链路层就负责这些标准。 + +#### 4.1.3 IP 层 + +转备好物理连接候就要传输数据。为了再复杂网络中传输数据，首先要考虑路径的选择。向目标传输数据需要经过哪条路径？解决此问题的就是IP层，该层使用的协议就是IP。 + +IP 是面向消息的、不可靠的协议。每次传输数据时会帮我们选择路径，但并不一致。如果传输过程中发生错误，则选择其他路径，但是如果发生数据丢失或错误，则无法解决。换言之，IP协议无法应对数据错误。 + +#### 4.1.4 TCP/UDP 层 + +IP 层解决数据传输中的路径选择问题，秩序照此路径传输数据即可。TCP 和 UDP 层以 IP 层提供的路径信息为基础完成实际的数据传输，故该层又称为传输层。UDP 比 TCP 简单，现在我们只解释 TCP 。 TCP 可以保证数据的可靠传输，但是它发送数据时以 IP 层为基础（这也是协议栈层次化的原因） + +IP 层只关注一个数据包（数据传输基本单位）的传输过程。因此，即使传输多个数据包，每个数据包也是由 IP 层实际传输的，也就是说传输顺序及传输本身是不可靠的。若只利用IP层传输数据，则可能导致后传输的数据包B比先传输的数据包A提早到达。另外，传输的数据包A、B、C中可能只收到A和C，甚至收到的C可能已经损毁 。反之，若添加 TCP 协议则按照如下对话方式进行数据交换。 + +> 主机A：正确接受第二个数据包 +> +> 主机B：恩，知道了 +> +> 主机A：正确收到第三个数据包 +> +> 主机B：可我已经发送第四个数据包了啊！哦，您没收到吧，我给你重新发。 + +这就是 TCP 的作用。如果交换数据的过程中可以确认对方已经收到数据，并重传丢失的数据，那么即便IP层不保证数据传输，这类通信也是可靠的。 + +![](https://i.loli.net/2019/01/14/5c3c268b40be6.png) + +#### 4.1.5 应用层 + +上述内容是套接字通信过程中自动处理的。选择数据传输路径、数据确认过程都被隐藏到套接字内部。向程序员提供的工具就是套接字，只需要利用套接字编出程序即可。编写软件的过程中，需要根据程序的特点来决定服务器和客户端之间的数据传输规则，这便是应用层协议。 + +### 4.2 实现基于 TCP 的服务器/客户端 + +#### 4.2.1 TCP 服务端的默认函数的调用程序 + +![](https://i.loli.net/2019/01/14/5c3c2782a7810.png) + +调用 socket 函数创建套接字，声明并初始化地址信息的结构体变量，调用 bind 函数向套接字分配地址。 + +#### 4.2.2 进入等待连接请求状态 + +已经调用了 bind 函数给他要借资分配地址，接下来就是要通过调用 listen 函数进入等待链接请求状态。只有调用了 listen 函数，客户端才能进入可发出连接请求的状态。换言之，这时客户端才能调用 connect 函数 + +```c +#include +int listen(int sockfd, int backlog); +//成功时返回0，失败时返回-1 +//sock: 希望进入等待连接请求状态的套接字文件描述符，传递的描述符套接字参数称为服务端套接字 +//backlog: 连接请求等待队列的长度，若为5，则队列长度为5，表示最多使5个连接请求进入队列 +``` +#### 4.2.3 受理客户端连接请求 + +调用 listen 函数后，则应该按序受理。受理请求意味着可接受数据的状态。进入这种状态所需的部件是**套接字**，但是此时使用的不是服务端套接字，此时需要另一个套接字，但是没必要亲自创建，下面的函数将自动创建套接字。 + +```c +#include +int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen); +/* +成功时返回文件描述符，失败时返回-1 +sock: 服务端套接字的文件描述符 +addr: 保存发起连接请求的客户端地址信息的变量地址值 +addrlen: 的第二个参数addr结构体的长度，但是存放有长度的变量地址。 +*/ +``` + +sccept 函数受理连接请求队列中待处理的客户端连接请求。函数调用成功后，accept 内部将产生用于数据 I/O 的套接字，并返回其文件描述符。需要强调的是套接字是自动创建的，并自动与发起连接请求的客户端建立连接。 + +#### 4.2.4 回顾 Hello World 服务端 + +- 代码：[hello_server.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch04/hello_server.c) + +重新整理一下代码的思路 + +1. 服务端实现过程中首先要创建套接字，此时的套接字并非是真正的服务端套接字 +2. 为了完成套接字地址的分配，初始化结构体变量并调用 bind 函数。 +3. 调用 listen 函数进入等待连接请求状态。连接请求状态队列的长度设置为5.此时的套接字才是服务端套接字。 +4. 调用 accept 函数从队头取 1 个连接请求与客户端建立连接，并返回创建的套接字文件描述符。另外，调用 accept 函数时若等待队列为空，则 accept 函数不会返回，直到队列中出现新的客户端连接。 +5. 调用 write 函数向客户端传送数据，调用 close 关闭连接 + +#### 4.2.5 TCP 客户端的默认函数调用顺序 + +![](https://i.loli.net/2019/01/14/5c3c31d77e86c.png) + +与服务端相比，区别就在于「请求连接」，他是创建客户端套接字后向服务端发起的连接请求。服务端调用 listen 函数后创建连接请求等待队列，之后客户端即可请求连接。 + +```c +#include +int connect(int sock, struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen); +/* +成功时返回0，失败返回-1 +sock:客户端套接字文件描述符 +servaddr: 保存目标服务器端地址信息的变量地址值 +addrlen: 以字节为单位传递给第二个结构体参数 servaddr 的变量地址长度 +*/ +``` + +客户端调用 connect 函数候，发生以下函数之一才会返回（完成函数调用）: + +- 服务端接受连接请求 +- 发生断网等一场状况而中断连接请求 + +注意：**接受连接**不代表服务端调用 accept 函数，其实只是服务器端把连接请求信息记录到等待队列。因此 connect 函数返回后并不应该立即进行数据交换。 + +#### 4.2.6 回顾 Hello World 客户端 + +- 代码：[hello_client.c](https://github.com/riba2534/TCP-IP-NetworkNote/blob/master/ch04/hello_client.c) + +重新理解这个程序： + +1. 创建准备连接服务器的套接字，此时创建的是 TCP 套接字 +2. 结构体变量 serv_addr 中初始化IP和端口信息。初始化值为目标服务器端套接字的IP和端口信息。 +3. 调用 connect 函数向服务端发起连接请求 +4. 完成连接后，接收服务端传输的数据 +5. 接收数据后调用 close 函数关闭套接字，结束与服务器端的连接。 + +#### 4.2.7 基于 TCP 的服务端/客户端函数调用关系 + +![](https://i.loli.net/2019/01/14/5c3c35a773b8c.png) + +关系如上图所示。 + +### 4.3 实现迭代服务端/客户端 + +编写一个回声（echo）服务器/客户端。顾名思义，服务端将客户端传输的字符串数据原封不动的传回客户端，就像回声一样。在此之前，需要解释一下迭代服务器端。 + +#### 4.3.1 实现迭代服务器端 + ## License diff --git a/ch04/README.md b/ch04/README.md new file mode 100644 index 0000000..d578b80 --- /dev/null +++ b/ch04/README.md @@ -0,0 +1 @@ +## 第 4 章 基于 TCP 的服务端/客户端（1） \ No newline at end of file diff --git a/ch04/hello_client.c b/ch04/hello_client.c new file mode 100644 index 0000000..b6754c9 --- /dev/null +++ b/ch04/hello_client.c @@ -0,0 +1,49 @@ +#include +#include +#include +#include +#include +#include +void error_handling(char *message); + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int sock; + struct sockaddr_in serv_addr; + char message[30]; + int str_len; + + if (argc != 3) + { + printf("Usage : %s \n", argv[0]); + exit(1); + } + //创建套接字，此时套接字并不马上分为服务端和客户端。如果紧接着调用 bind,listen 函数，将成为服务器套接字 + //如果调用 connect 函数，将成为客户端套接字 + sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); + if (sock == -1) + error_handling("socket() error"); + + memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); + serv_addr.sin_family = AF_INET; + serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); + serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); + //调用 connect 函数向服务器发送连接请求 + if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) + error_handling("connect() error!"); + + str_len = read(sock, message, sizeof(message) - 1); + if (str_len == -1) + error_handling("read() error!"); + + printf("Message from server : %s \n", message); + close(sock); + return 0; +} + +void error_handling(char *message) +{ + fputs(message, stderr); + fputc('\n', stderr); + exit(1); +} \ No newline at end of file diff --git a/ch04/hello_server.c b/ch04/hello_server.c new file mode 100644 index 0000000..04e32b4 --- /dev/null +++ b/ch04/hello_server.c @@ -0,0 +1,58 @@ +#include +#include +#include +#include +#include +#include +void error_handling(char *message); + +int main(int argc, char *argv[]) +{ + int serv_sock; + int clnt_sock; + + struct sockaddr_in serv_addr; + struct sockaddr_in clnt_addr; + socklen_t clnt_addr_size; + + char message[] = "Hello World!"; + + if (argc != 2) + { + printf("Usage : %s \n", argv[0]); + exit(1); + } + //调用 socket 函数创建套接字 + serv_sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); + if (serv_sock == -1) + error_handling("socket() error"); + + memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr)); + serv_addr.sin_family = AF_INET; + serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); + serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[1])); + //调用 bind 函数分配ip地址和端口号 + if (bind(serv_sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1) + error_handling("bind() error"); + //调用 listen 函数将套接字转为可接受连接状态 + if (listen(serv_sock, 5) == -1) + error_handling("listen() error"); + + clnt_addr_size = sizeof(clnt_addr); + //调用 accept 函数受理连接请求。如果在没有连接请求的情况下调用该函数，则不会返回，直到有连接请求为止 + clnt_sock = accept(serv_sock, (struct sockaddr *)&clnt_addr, &clnt_addr_size); + if (clnt_sock == -1) + error_handling("accept() error"); + //稍后要将介绍的 write 函数用于传输数据，若程序经过 accept 这一行执行到本行，则说明已经有了连接请求 + write(clnt_sock, message, sizeof(message)); + close(clnt_sock); + close(serv_sock); + return 0; +} + +void error_handling(char *message) +{ + fputs(message, stderr); + fputc('\n', stderr); + exit(1); +} \ No newline at end of file