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1、实现服务器的逻辑
1.1 socket
1.2 bind
1.3 listen
1.4 accept
1.5 read
1.6 write
1.7 服务器代码
2、实现客户端的逻辑
2.1 connect
2.3 客户端代码
3、实现服务器与客户端的通信
结语 前言#xff1a; 在Linux下#xff0c;实现传输层协议为TCP…目录
1、实现服务器的逻辑
1.1 socket
1.2 bind
1.3 listen
1.4 accept
1.5 read
1.6 write
1.7 服务器代码
2、实现客户端的逻辑
2.1 connect
2.3 客户端代码
3、实现服务器与客户端的通信
结语 前言 在Linux下实现传输层协议为TCP的套接字进行网络通信网络层协议为IPv4需要用到的接口如下实现服务器的接口有socket、bind、listen、accept、read、write实现客户端的接口有socket、connect、write、read。 实现方式因为网络通信的本质是进程间通信在云服务器上创建一个服务器进程和一个客户端进程服务器进程先启动然后让客户端链接到服务器上至此客户端可以向服务器发送消息并且服务器收到消息后可以给对方反馈信息。 TCP通信示意图如下 1、实现服务器的逻辑 将服务器封装成一个类服务器的端口号、IP地址以及网络描述符一种类似文件描述符的字段作为类的成员变量这样做的好处是对软件实现分层方便维护代码。按照下文的接口顺序调用实现服务器类。
1.1 socket 实现网络通信的第一步基本都是调用socket接口目前已经明确传输层协议为TCP网络层协议为IPv4因此可以直接调用socket该函数介绍如下
#include sys/types.h
#include sys/socket.hint socket(int domain, int type, int protocol);
//domain表示网络层协议填AF_INET表示IPv4填AF_INET6表示IPv6
//type表示传输层协议SOCK_STREAM为TCPSOCK_DGRAM为UDP
//protocol表示指定特定的协议默认填0即可//调用成功返回一个类型文件描述符的网络描述符失败返回-1
1.2 bind 在网络通信中bind函数与socket函数密不可分他是用来绑定网络描述符和地址信息的目的是让后续的通信可以直接通过网络描述符进行。在使用bind函数前需要先创建一个包含地址信息的结构体IPv4对应的结构体类型是struct sockaddr_in该结构体里需要程序员手动填写3个信息分别是1、TCP/UDP2、自定义的端口号3、该主机的IP地址。 体现地址信息的伪代码如下
struct sockaddr_in local;//定义变量
memset(local, 0, sizeof(local));//对内部内容清零
local.sin_family AF_INET;//填写ip协议
local.sin_port htons(port_);//填写端口号
inet_aton(ip_.c_str(), (local.sin_addr));//填写ip地址 其中由于网络传输数据规定以大端字节序传输因此填写端口号和ip时需要对其进行大端字节序的转换这里可以调用htons函数和inet_aton函数实现转换这两个函数的介绍如下
#include arpa/inet.h
uint16_t htons(uint16_t hostshort);
//将主机字节序转换成网络大端字节序以返回值的形式转换#include arpa/inet.h
int inet_aton(const char *string, struct in_addr*addr);
//将字符串形式的ip转换成网络字节序并直接赋值给addr指向的空间在地址信息完善后紧接着就是调用bind函数进行绑定bind函数介绍如下
int bind(int socket, const struct sockaddr *address,socklen_t address_len);
//socket表示要绑定的网络描述符
//address表示指向的地址信息变量
//address_len表示地址信息变量的大小//调用成功返回0失败返回-1并设置错误码
1.3 listen 与UDP不同的是UDP绑定之后就可以用网络描述符进行接收和发送消息的操作了但是TCP不一样TCP的绑定完成后需要对网络描述符再进行监听操作监听实际上是一种抽象的连接概念因为TCP是有连接的而UDP是无连接的所以需要监听即调用listen函数。listen函数的介绍如下
#include sys/socket.h int listen(int sockfd, int backlog);
//sockfd表示要监听的网络描述符
//backlog表示设置套接字的链接队列的最大数量//调用成功返回0失败返回-1并设置错误码
1.4 accept 待上述3个函数完成基础工作后接下来就是最重要的连接环节了accept函数的作用是和客户端进行连接但是注意链接不意味着直接接收对方发来的数据连接完成之后才能开始正常通信。accept函数介绍如下
#include sys/socket.h int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
//sockfd表示服务器的网络描述符即通过观察该描述符得知是否有客户端链接
//addr是指向地址信息的指针用来保存客户端的地址信息
//addrlen表示存储客户端地址信息的结构体大小//重要的是调用成功时返回一个新的网络描述符失败返回-1 accept的重要之处在于若连接成功则返回一个新的网络描述符而该网络描述符才是后续通信的”端口“意味着现在服务器有两个网络描述符了一个是socket返回的一个是accept返回的。可以这样理解他们socket返回的描述符表示该服务器的总描述符类似二叉树的根结点而accept返回的描述符就是用于服务多个客户端的次描述符即给每个来连接的客户端都分配一个次描述符类似二叉树的叶子结点。但是当前服务器的实现只能服务单客户端因为他不是多线程的 题外话UDP通信只有一个网络描述符所有的客户端都是通过这一个描述符来进行和服务器的通信。
1.5 read 链接完毕之后说明此时客户端和服务器双方建立了联系服务器的下一步就是读取客户端发送的信息因为TCP是面向字节流的因此可以使用文件操作的方式进行流读取即使用read函数读取客户端发送的数据read函数介绍如下
#include unistd.h ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
//fd表示要读取的文件描述符
//buf表示将读取数据存放至缓冲区的缓冲区指针
//count表示读取的字节数1.6 write 服务器不仅仅可以接收数据还可以向客户端反馈数据因为accept让服务器和客户端之间有了唯一的网络描述符因此服务器可以通过该描述符对客户端反馈信息而无需像UDP需要记录对方的地址信息才可以反馈信息。write函数介绍如下
#include unistd.h ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
//fd表示要写入的文件描述符
//buf表示指向写入的内容
//count表示要写入的字节
1.7 服务器代码 实现服务器类的代码如下
#pragma once#include iostream
#include string
#include cstdlib
#include cstring
#include unistd.h
#include sys/wait.h
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.hconst int defaultfd -1;
const std::string defaultip 0.0.0.0;//云服务器默认通信ip
const int backlog 10; // 但是一般不要设置的太大class TcpServer
{
public:TcpServer(const uint16_t port, const std::string ip defaultip) : listensock_(defaultfd), port_(port), ip_(ip){}void InitServer(){listensock_ socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);printf(创建套接字成功, listensock_: %d\n, listensock_);struct sockaddr_in local;memset(local, 0, sizeof(local));local.sin_family AF_INET;local.sin_port htons(port_);inet_aton(ip_.c_str(), (local.sin_addr));bind(listensock_, (struct sockaddr *)local, sizeof(local));printf(绑定套接字成功, listensock_: %d\n, listensock_);// Tcp是面向连接的服务器一般是比较“被动的”//服务器一直处于一种一直在等待连接到来的状态listen(listensock_, backlog);printf(监听套接字成功, listensock_: %d\n, listensock_);}void Start(){printf(TCP服务器正在运行....);for (;;){// 1. 获取新连接struct sockaddr_in client;//保存客户端的地址信息socklen_t len sizeof(client);//类似recvfromint sockfd accept(listensock_, (struct sockaddr *)client, len);uint16_t clientport ntohs(client.sin_port);//将客户端端口号拿出来char clientip[32];//将ip从网络字节序转换成主机序列并写进缓冲区clientip内inet_ntop(AF_INET, (client.sin_addr), clientip, sizeof(clientip));printf(链接到一个客户端, sockfd: %d, client port: %d\n, sockfd, clientport);// 2. 根据新连接来进行通信Service(sockfd);close(sockfd);//关闭文件描述符}}void Service(int sockfd){// 测试代码char buffer[4096];while (true){ssize_t n read(sockfd, buffer, sizeof(buffer));if (n 0){buffer[n] 0;std::cout 客户端说# buffer std::endl;std::string echo_string 服务器回答# ;echo_string buffer;write(sockfd, echo_string.c_str(), echo_string.size());}else if(n0){std::cout读到文件末尾std::endl;sleep(1);break;}else{std::cout读到出错std::endl;sleep(1);break;}}}~TcpServer() {if(listensock_0) close(listensock_);}private:int listensock_;uint16_t port_;std::string ip_;
};2、实现客户端的逻辑 与服务器相比客户端的实现逻辑要简单许多因为服务器要将底层的基础设施建设好而客户端只需要完成连接这一个动作即可然后就是发送数据和接收反馈当然客户端的第一步也是调用socket拿到属于客户端的网络描述符因为后续的通信工作要通过该描述符进行。
2.1 connect 客户端只需要做连接动作即可而连接动作是依靠connect函数实现的connect函数介绍如下
#include sys/types.h
#include sys/socket.h int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
//sockfd表示要与对方建立连接的客户端网络描述符
//addr指向地址信息的地址该地址信息即服务器的地址信息
//addrlen表示addr指向的地址信息的大小 所以调用connect前必须知道服务器的地址信息即ip地址和端口号可以通过命令行参数的形式传给客户端代码并且拿到地址信息后也是要构造struct sockaddr_in变量将信息填写进去。
2.3 客户端代码 实现客户端代码如下注意客户端直接在main函数中实现无需在对其进行封装因为客户端的代码简单
#include iostream
#include cstring
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/socket.h
#include arpa/inet.h
#include netinet/in.hvoid Usage(const std::string proc)
{std::cout \n\rUsage: proc serverip serverport\n std::endl;
}// ./tcpclient serverip serverport
int main(int argc, char *argv[])
{if (argc ! 3){Usage(argv[0]);exit(1);}//从命令行参数获取服务器的端口和ipstd::string serverip argv[1];uint16_t serverport std::stoi(argv[2]);// 初始化地址信息struct sockaddr_in server;memset(server, 0, sizeof(server));server.sin_family AF_INET;server.sin_port htons(serverport);// 将ip转换成网络字节序inet_pton(AF_INET, serverip.c_str(), (server.sin_addr)); int sockfd 0;sockfd socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);//创建套接字// 客户端发起connect的时候进行自动随机bind//链接服务器int n connect(sockfd, (struct sockaddr *)server, sizeof(server));if (n 0){std::cout 链接失败, reconnect: std::endl;sleep(2);}while (true){std::string message;std::cout Please Enter# ;std::getline(std::cin, message);int n write(sockfd, message.c_str(), message.size());//发送数据if (n 0){std::cout write出错 std::endl;// break;}char inbuffer[4096];n read(sockfd, inbuffer, sizeof(inbuffer));//接收反馈if (n 0){inbuffer[n] 0;std::cout inbuffer std::endl;}}close(sockfd);return 0;
}
3、实现服务器与客户端的通信 实现双方通信前必须满足双方都为进程但是服务器目前还只是一个类因此要把服务器类实例化在main函数中让服务器也变成进程。实现服务器进程的代码如下
#include TCPser.hpp
#include iostream
#include memoryvoid Usage(std::string proc)
{std::cout \n\rUsage: proc port[1024]\n std::endl;
}// 下节课守护进程化
int main(int argc, char *argv[])
{if(argc ! 2){Usage(argv[0]);exit(1);}uint16_t port std::stoi(argv[1]);std::unique_ptrTcpServer tcp_svr(new TcpServer(port));tcp_svr-InitServer();tcp_svr-Start();return 0;
} 运行结果 特别注意通信时必须保证服务器先运行起来若客户端先运行起来则会在connect处连接失败因为找不到对应的服务器端口号。
结语 以上就是关于在Linux下实现TCP网络通信的讲解实现TCP的主要思路是了解套接字的作用以及理清对套接字相关函数的调用顺序并且其次TCP通信的原理。 最后如果本文有遗漏或者有误的地方欢迎大家在评论区补充谢谢大家
