《TCP/IP网络编程》（第一章）理解网络编程和套接字（Linux平台实现一个Server和client连接）

前言：

目前服务器大多在Linux系统上运行，而客户端大多是在Windows系统上运行，所以必须熟练掌握Linux/Windows双系统的网络编程能力，笔者这里使用的是Ubuntu 22.04.1 LTS

1.套接字概念socket

这个翻译咋一看不明所以，其实还是蛮形象的，下面是套接管 的图片

可以通过这个套接管，把两个管子连接在一起。

同样的，套接字 就是把计算机和因特网连接起来的工具，所以网络编程也叫做套接字编程

2.Linux系统的文件操作

对于Linux系统而言。socket操作与文件操作没有区别 ，所以有必要了解Linux的文件操作。在Linux系统中，socket也被认为是文件的一种，所以在网络数据传输中，可以直接使用文件I/O的相关函数 。而Windows 是要区分socket和文件的，所以在Windows中要调用特殊的数据传输相关的函数。
1、文件描述符： 是系统分配给文件或套接字的整数。

2、打开文件：

int open(const char* path,int flag);
//path：文件名的字符串地址。
//falg：文件的打开模式

3.关闭文件：

int close(int fd);
//fd：文件描述符，是一个非负整数，用于指定要关闭的文件或套接字。

4.将数据写入文件： 因为不区分文件和套接字，所以也可以通过这个函数让套接字向其他计算机传递数据

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
//fd：文件描述符，是一个非负整数，标识了要写的文件或套接字。
//buf：指向要写入的数据缓冲区的指针。
//count：要写入的字节数。

5.读取文件中的数据：

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
//fd：文件描述符，是一个非负整数，标识了要从中读取的文件或套接字
//buf：指向用于存储从 fd 读取的数据的缓冲区的指针。
//count：请求读取的最大字节数。

3.套接字编程的基本操作

因为Linux不区分文件和socket，所以会发现许多套接字操作就是linux的文件操作
①服务器端套接字基本编程步骤如下：

创建套接字------绑定套接字------监听连接------接受连接------通信------关闭
②客户端套接字基本编程步骤如下：

创建套接字------连接服务器------发送请求------接受响应------关闭

1.创建套接字： 调用socket函数创建套接字

int socket(int domain,int type,int prorocol);
//domain：定义了通信的协议族。
//type (Socket Type)： 套接字类型，指定了套接字的通信语义。
//protocol (Protocol)：指定使用的特定协议。

2.绑定套接字： 调用bind函数分配IP地址和端口号

int bind(int sockfd,const struct sockaddr* myaddr,int addrlen);
//sockfd：这是一个已经创建但尚未连接的套接字的文件描述符，描述符是通过 socket() 系统调用创建的，它返回一个非负整数
//myaddr：这是一个指向 sockaddr 结构体的指针，该结构体包含了套接字的地址信息。
//addrlen：这是 name 参数指向的 sockaddr 结构体的大小，以字节为单位。

3.监听连接： 调用listen函数转为可接受请求的状态，监听连接请求

int listen(int sockfd,int backlog);
//sockfd：这是一个已经创建但尚未连接的套接字的文件描述符，描述符是通过 socket() 系统调用创建的，它返回一个非负整数
//backlog：这是一个指定同时可以有多少个未被接受的连接请求在队列中等待的整数值。

4.接受连接： 调用accept函数受理连接请求

int accept(int sockfd,const struct sockaddr* addr,int addrlen);
//sockfd：这是一个已经创建但尚未连接的套接字的文件描述符，描述符是通过 socket() 系统调用创建的，它返回一个非负整数
//addr：这是一个指向 sockaddr 结构体的指针，该结构体包含用于接收连接客户端的地址信息。
//addrlen：这是一个指向整数的指针，该整数表示 name 指向的 sockaddr 结构体的初始大小。

5.连接服务器： 使用connect函数将客户端套接字连接到服务器的套接字地址。

int connect(int sockfd,const struct sockaddr* serv_addr,int addrlen);
//sockfd：这是一个已经创建但尚未连接的套接字的文件描述符，描述符是通过 socket() 系统调用创建的，它返回一个非负整数
//serv_addr：这是一个指向sockaddr结构的指针，该结构包含了服务器的地址信息。
//addrlen：这是serv_addr指向的sockaddr结构的大小，以字节为单位。

6.发送数据： 一旦连接建立，就可以使用send函数发送数据到服务器

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
//fd：文件描述符，是一个非负整数，标识了要写的文件或套接字。
//buf：指向要写入的数据缓冲区的指针。
//count：要写入的字节数。

7.读取数据

ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);
//fd：文件描述符，是一个非负整数，标识了要从中读取的文件或套接字
//buf：指向用于存储从 fd 读取的数据的缓冲区的指针。
//count：请求读取的最大字节数。

8.关闭套接字

int close(int fd);
//fd：文件描述符，是一个非负整数，用于指定要关闭的文件或套接字。

3.编写第一个Server和client

服务器端套接字

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
#include <unistd.h> // POSIX标准定义的通用函数，如close()
#include <arpa/inet.h> // 提供inet相关的函数，如inet_addr()
#include <sys/socket.h> // 提供socket相关的函数和数据结构

void error_handling(char *message); 

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    int serv_sock; // 服务器套接字
    int clnt_sock; // 客户端套接字

    struct sockaddr_in serv_addr; // 服务器地址结构
    struct sockaddr_in clnt_addr; // 客户端地址结构
    socklen_t clnt_addr_size; // 客户端地址结构的大小
    
    char message[]="Hello tcp/ip"; // 要发送给客户端的消息

    
    if(argc!=2)
    {
        printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
        exit(1); 
    }

    // 创建一个服务器套接字
    serv_sock=socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(serv_sock==-1) 
        error_handling("socket() error"); 

    // 初始化服务器地址结构
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family=AF_INET; // 地址族设置为IPv4
    serv_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); // 服务器地址设置为任意
    serv_addr.sin_port=htons(atoi(argv[1])); // 设置监听端口为命令行参数指定的端口

    // 绑定套接字，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"); 
    
    // 监听连接，将套接字转化为可接受状态
    if(listen(serv_sock, 5)==-1)
        error_handling("listen() error"); 
    
    // 接收客户端连接
    clnt_addr_size=sizeof(clnt_addr);
    clnt_sock=accept(serv_sock, (struct sockaddr*)&clnt_addr, &clnt_addr_size);
    if(clnt_sock==-1)
        error_handling("accept() error"); 
    
    // 向客户端发送消息
    write(clnt_sock, message, sizeof(message));
    
    // 关闭客户端和服务器套接字
    close(clnt_sock);
    close(serv_sock);
    
    return 0; 
}


void error_handling(char *message)
{
    fputs(message, stderr); 
    fputc('\n', stderr); 
    exit(1); 
}

客户端套接字

#include <stdio.h> 
#include <stdlib.h> 
#include <string.h> 
#include <unistd.h> 
#include <arpa/inet.h> 
#include <sys/socket.h> 

void error_handling(char *message); 

int main(int argc, char *argv[]) 
{
    int sock; // 客户端套接字
    struct sockaddr_in serv_addr; // 服务器地址结构
    char message[30]; // 用于存储从服务器接收的消息
    int str_len; // 读取的字节数

    
    if (argc != 3)
    {
        printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
        exit(1); 
    }

    // 创建一个客户端套接字
    sock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if (sock == -1) 
        error_handling("socket() error"); 

    // 初始化服务器地址结构
    memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
    serv_addr.sin_family = AF_INET; // 地址族设置为IPv4
    serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); // 设置服务器IP地址
    serv_addr.sin_port = htons(atoi(argv[2])); // 设置服务器端口号

    // 发送连接请求
    if (connect(sock, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr)) == -1)
        error_handling("connect() error"); 

    // 从服务器读取消息
    str_len = read(sock, message, sizeof(message) - 1);
    if (str_len == -1) 
        error_handling("read() error"); 

    // 打印从服务器接收的消息
    printf("Message from server: %s \n", message);

    // 关闭套接字
    close(sock);

    return 0; 
}


void error_handling(char* message){
    fputs(message, stderr); 
    fputc('\n', stderr); 
    exit(1); 
}

4.运行代码

1.把cpp文件编译为out

2.打开两个终端运行文件，我这里直接用VS code。

首先在一个终端运行Serv.out 9190，打开服务器

在另一个终端运行Cln.out 127.0.0.1 9190，即完成了一次客户端服务器的连接