Linux系统编程实验七：网络编程.doc

实验七：网络编程
l 实验目的：
学会Linux的socket套接字网络编程，熟悉使用TCP传输协议的网络编程流程
l 实验要求：
编写使用TCP协议的服务器程序和客户端程序，客户端向服务器发送字符串，服务器打印收到的字符串
l 实验器材：
软件：安装了Linux的vmware虚拟机
硬件：PC机一台
l 实验步骤：
1、编写服务器端代码tcp_server.c
#include
#include
#include
#include
#include
include
#include
#include
#define portnumber 3333
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd,new_fd;
struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
int sin_size;
int nbytes;
char buffer[1024];
/*1、服务器创建sockfd描述符 */
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)// AF_INET:IPV4;SOCK_STREAM:TCP
{
fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 2、服务器端填充 sockaddr结构 */
bzero(&server_addr,sizeof(struct sockaddr_in)); // 初始化,置0
server_addr.sin_family=AF_INET; // Internet
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // (将本机器上的long数据转化为网络上的long数据)服务器程序能运行在任何ip的主机上
//server_addr.sin_addr.s_addr=inet_addr("192.168.1.1"); //用于绑定到一个固定IP,inet_addr用于把数字加格式的ip转化为整形ip
server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号

/* 3、绑定地址结构体 */
if( bind(sockfd, &server_addr,sizeof(server_addr))<0)
{
printf(“bind error!”);
exit(-1);
}

/* 4、设置监听允许连接的最大客户端数 */
if( listen( sockfd, 0)<0)
{
printf(“listen error!”);
exit(-1);
}

while(1)
{
/* 5、服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
if(new_fd=accept(sockfd,& server_addr,&sin_size)<0)
{
printf(“accept error!”);
exit(-1);
}

//连接成功后打印客户端IP
fprintf(stderr,"Server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr)); // 将网络地址转换成.字符串
//6、read()函数读取客户端发送的消息
nbytes=read(new_fd,buffer,1024);
buffer[nbytes]='\0';
printf("Server received %s\n",buffer);
/* 这个通讯已经结束 */
close(new_fd);
/* 循环下一个 */
}

/* 结束通讯 */
close(sockfd);
exit(0);
}

/********************完整程序*************************
#include
#include
#include h>
#include
#include
#include
#include
#include

#include//inet_ntoa()
#include //read(),close()

#define portnumber 3333
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd,new_fd;
struct sockaddr_in server_addr;
struct sockaddr_in client_addr;
int sin_size;
int nbytes;
char buffer[1024];
/*1、服务器创建sockfd描述符 */
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) {
fprintf(stderr,"Socket error:%s\n\a",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 2、服务器端填充 sockaddr结构 */
bzeroserver_addr,sizeof(struct sockaddr_in));
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
server_addr.sin_port=htons(portnumber);
/* 3、绑定地址结构体 */
if( bind(sockfd, (struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr))<0)
{

printf("bind error!");
exit(-1);
}

/* 4、设置监听允许连接的最大客户端数 */
if( listen( sockfd,5)<0)
{
printf("listen error!");
exit(-1);
}

while(1)
{
/* 5、服务器阻塞,直到客户程序建立连接 */
sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);
if((new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size))<0)
{
printf("accept error!");
exit(-1);
}
//连接成功后打印客户端IP
if(fork==0){ //fork（），创建子进程，多个进程不需等候
fprintf(stderr,"server get connection from %s\n",inet_ntoa(client_addr.sin_addr));
//6、read()函数读取客户端发送的消息
nbytes=read(new_fd,buffer,1024);
buffer[nbytes]='\0';
printf("Server received %s\n",buffer);
/* 这个通讯已经结束 */
close(new_fd);
}
else close(new_fd); //结束父进程
/* 循环下一个 */
}
/* 结束通讯 */
return 0;
}
******************************/
2、编写客户端代码tcp_client.c
#include
#include
#include <errno.h>
#include
#include
#include
#include
#include
#define portnumber 3333
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd;
char buffer[1024];
struct sockaddr_in server_addr;
struct hostent *host;

/* 1、客户程序开始建立 sockfd描述符 */
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1) //AF_INET:Internet;SOCK_STREAM:TCP
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 2、客户程序填充服务端的资料 */
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置0
server_addr.sin_family=AF_INET; // IPV4
server_addr.sin_port=htons(portnumber); // (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
/* 3、connect函数，客户程序发起连接请求 */
if(( connect( sockfd, &server_addr, sizeof(server_addr))<0)
{
printf(“connet error!”);
exit(-1);
}z

/* 连接成功了 */
printf("Please input char:\n");
/* 等待终端输入数据 */
fgets(buffer,1024,stdin);
//4、write函数发送buffer数据
write( sockfd,buffer,strlen(buffer));
/* 结束通讯 */
close(sockfd);
exit(0);
}

/******************完整程序**************************
#include
#include
#include rno.h>
#include
#include
#include
#include
#include

#include//inet_ntoa()
#include //read(),close()

#define portnumber 3333
int main(int argc, char *argv[])
{
int sockfd;
char buffer[1024];
struct sockaddr_in server_addr;
struct hostent *host;

/* 1、客户程序开始建立 sockfd描述符 */
if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1)
//AF_INET:Internet;SOCK_STREAM:TCP
{
fprintf(stderr,"Socket Error:%s\a\n",strerror(errno));
exit(1);
}
/* 2、客户程序填充服务端的资料 */
bzero(&server_addr,sizeof(server_addr)); // 初始化,置0
server_addr.sin_family=AF_INET; // IPV4
server_addr.sin_port=htons(portnumber);
// (将本机器上的short数据转化为网络上的short数据)端口号
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);
/* 3、connect函数，客户程序发起连接请求 */
if(connect( sockfd, (struct sockaddr *)(&server_addr), sizeof(server_addr))<0){
printf("connet error!");
exit(-1);
}

/* 连接成功了 */
printf("Please input char:\n");
/* 等待终端输入数据 */
fgets(buffer,1024,stdin);
//4、write函数发送buffer数据
write( sockfd,buffer,strlen(buffer));
/* 结束通讯 */
close(sockfd);
exit(0);
return 0;

}

************************************************/

3、编译并运行应用程序

先运行服务器程序tcp_server，然后在另一个终端中运行客户端程序tcp_client。从运行情况可以看出，在没有客户端连接上来时服务器程序阻塞在accept函数上，等待连接，当有客户端程序连接上来时，阻塞在read函数上，等待读取消息。客户端发送一条消息后结束，服务器读取消息并打印出来，继续等待新的连接
l 上机报告要求：
上面的TCP服务器每次只能处理一次客户端请求，尝试将他改写成并发TCP服务器，即可以处理多个客户端请求，测试成功后将代码写入实验报告。

/***********************************************************
#include
int scoket(int domain,int type,int protocol)
socket函数对应于普通文件的打开操作。普通文件的打开操作返回一个文件描述字，而socket()用于创建一个socket描述符（socket descriptor），它唯一标识一个socket。这个socket描述字跟文件描述字一样，后续的操作都有用到它，把它作为参数，通过它来进行一些读写操作。
正如可以给fopen的传入不同参数值，以打开不同的文件。创建socket的时候，也可以指定不同的参数创建不同的socket描述符，socket函数的三个参数分别为：

domain：即协议域，又称为协议族（family）。
常用的协议族有，
AF_INET （IPv4 英特网域)、
AF_INET6 （IPv6英特网域)、
AF_LOCAL（或称AF_UNIX，Unix域socket）、
AF_ROUTE等等。
协议族决定了socket的地址类型，在通信中必须采用对应的地址，如AF_INET决定了要用ipv4地址（32位的）与端口号（16位的）的组合、AF_UNIX决定了要用一个绝对路径名作为地址。

type：指定socket类型。常用的socket类型有，
SOCK_STREAM（流式套接字 TCP）、
SOCK_DGRAM（数据报套接字 UDP）、
SOCK_RAW、
SOCK_PACKET、
SOCK_SEQPACKET等等（socket的类型有哪些？）。

protocol：故名思意，就是指定协议。（按给定的域和套接字类型选择默认协议，通常为0）常用的协议有，
IPPROTO_TCP、
IPPTOTO_UDP、
IPPROTO_SCTP、
IPPROTO_TIPC等，
它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议

当我们调用socket创建一个socket时，返回的socket描述字它存在于协议族（address family，AF_XXX）空间中，但没有一个具体的地址。如果想要给它赋值一个地址，就必须调用bind()函数，否则就当调用connect()、listen()时系统会自动随机分配一个端口。

字节序转换
不同类型的CPU对变量的字节存储顺序可能不同：有的系统是大端字节序，即高位在低地址，即低位在高地址，而有的系统如x86是小端字节序，即低位在低地址，高位在高地址，而网络传输的数据顺序是一定要统一的，所有当内部字节存储顺序和网络字节序（大端字节序）不同时，就一定要进行转换

unsigned long htonl(unsigned long hostlong);
unsigned short htons(unsigned short hostshort);
unsigned long ntohl(unsigned long netlong);
unsigned short ntohs(unsigned short netshort);
htonl()函数是将32位无符号长整形数据从主机字节序转换为网络字节序
返回值：
　　htonl()返回一个网络字节顺序的值。
htons()函数是将16位无符号短整形数据从主机字节序转换为网络字节序
返回值：
　　htons()返回一个网络字节顺序的值。
htonl()/htons()函数是将32/16位整形数据从网络字节序转换为主机字节序

通用地址格式
struct sockaddr {
unsigned short sa_family;  /* 地址族, AF_xxx */
char sa_data[14];  /* 14字节的协议地址*/
};
sa_family:协议族，采用“AF_xxx”形式，如AF_INET（IP协议族）（domain）
sa_data:1包含了一些远程电脑的地址、端口和套接字的数目，它里面的数据是夹杂在一起的

struct sockaddr_in {
short int sin_family; /* 地址族 */
unsigned short int sin_port; /* 端口号 */
struct in_addr sin_addr; /* Internet地址 */
unsigned char sin_zero[8]; /* 与struct sockaddr一样的长度 */
};
IP地址通常由数字加点（192.168.0.1）的形式表示，而struct in_addr中使用的IP地址是由32位的整数表示的，为了转换我们可以使用下面两个函数：
in_addr_t inet_addr(const char* strptr);
将一个点分十进制的IP转换成一个长整数型数（u_long类型）
char *inet_ntoa(struct in_addr in)
函数里面a代表ascii，n代表network
inet_aton是将a.b.c.d形式的IP转换为32位的IP，存储在inp指针里面，
inet_ntoa是将32位IP转换为a.b.c.d的格式

struct in_addr {
unsigned long s_addr;
};

#include
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
函数的三个参数分别为：
sockfd：即socket描述字，它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。bind()函数就是将给这个描述字绑定一个名字。
addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同 
addrlen：对应的是地址的长度。（通常设为scokaddr结构的长度）

返回值：成功返回0，否则返回-1

如果作为一个服务器，在调用socket()、bind()之后就会调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

#include
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
sockfd：为客户端的socket描述字，
addr：为服务器的socket地址(为指向sockaddr结构的指针)，
addrlen：为socket地址的长度。
客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。
返回值：0成功，-1错误

#include
int listen(int sockfd, int backlog);
sockfd,：为要监听的socket描述字，
backlog：为相应socket可以排队的最大连接个数。（系统默认值为20，0表示无限制）
socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。
返回值：0成功，-1失败

int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
sockfd：为（被监听的）服务器的socket描述字，
addr：为指向struct sockaddr *的指针（指向sockaddr_in结构的指针，存放提出连接请求服务的主机IP和端口号信息），用于返回客户端的协议地址，
addrlen：为协议地址的长度。
返回值：成功，返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，进程可以通过这个新的描述符同客户进程传输数据。失败返回-1。

#include h>

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

#include
#include

ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);

ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags,
const struct sockaddr *dest_addr, socklen_t addrlen);
ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags,
struct sockaddr *src_addr, socklen_t *addrlen);

ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct msghdr *msg, int flags);
ssize_t recvmsg(int sockfd, struct msghdr *msg, int flags);