网络编程Tcp的客户端和服务器端

本文首先对基础知识做一下介绍&＃xff0c;后面会给出示例程序&＃xff0c;便于分析理解。大部分资料来源于网络&＃xff0c;自己只是对其做了个整理。

    首先我们先来回顾下网络模型

    1. ISO(internet Standard Organization 国际标准组织)对OSI(Open SYstem Interconnect开放互联

模型) 七层网络模型的定义&＃xff1a;
物理层(Physical layer) 链路层(Data link layer) 网络层(Network layer) 
传输层(Transport layer) 会话层(Session layer) 表示层(Presentation layer) 

应用层(Application layer)
    2. TCP/IP模型分为四层:
  网络接口层(Network access layer), 互联网层(internet layer),传输层((Transport layer)&＃xff0c;

  和应用层(Application layer).

   实际中我们应用的是TCP/IP网络模型&＃xff0c;而接下来讨论的windows socket 也是基于本模型的。所以有必要

先了解下TCP/IP 体系结构与特点。

TCP/IP 体系结构与特点

1、TCP/IP体系结构

TCP/IP协议实际上就是在物理网上的一组完整的网络协议。其中TCP是提供传输层服务&＃xff0c;而IP则是提供网络层服务。TCP/IP包括以下协议&＃xff1a;&＃xff08;结构如图1.1&＃xff09;

(图1.1)

IP&＃xff1a; 网间协议(Internet Protocol) 负责主机间数据的路由和网络上数据的存储。同时为ICMP&＃xff0c;TCP&＃xff0c;UDP提供分组发送服务。用户进程通常不需要涉及这一层。
ARP&＃xff1a; 地址解析协议(Address Resolution Protocol)
此协议将网络地址映射到硬件地址。
RARP&＃xff1a; 反向地址解析协议(Reverse Address Resolution Protocol)
此协议将硬件地址映射到网络地址
ICMP&＃xff1a; 网间报文控制协议(Internet Control Message Protocol)
此协议处理信关和主机的差错和传送控制。
TCP&＃xff1a; 传送控制协议(Transmission Control Protocol)
这是一种提供给用户进程的可靠的全双工字节流面向连接的协议。它要为用户进程提供虚电路服务&＃xff0c;并为数据可靠传输建立检查。&＃xff08;注&＃xff1a;大多数网络用户程序使用TCP&＃xff09;
UDP&＃xff1a; 用户数据报协议(User Datagram Protocol)
这是提供给用户进程的无连接协议&＃xff0c;用于传送数据而不执行正确性检查。
FTP&＃xff1a; 文件传输协议(File Transfer Protocol)
允许用户以文件操作的方式&＃xff08;文件的增、删、改、查、传送等&＃xff09;与另一主机相互通信。
SMTP&＃xff1a; 简单邮件传送协议(Simple Mail Transfer Protocol)
SMTP协议为系统之间传送电子邮件。
TELNET&＃xff1a;终端协议(Telnet Terminal Procotol)
允许用户以虚终端方式访问远程主机
HTTP&＃xff1a; 超文本传输协议(Hypertext Transfer Procotol)
TFTP: 简单文件传输协议(Trivial File Transfer Protocol)

2、TCP/IP特点
TCP/IP协议的核心部分是传输层协议(TCP、UDP)&＃xff0c;网络层协议(IP)和物理接口层&＃xff0c;这三层通常是在操作系统内核中实现。因此用户一般不涉及。编程时&＃xff0c;编程界面有两种形式&＃xff1a;一、是由内核心直接提供的系统调用&＃xff1b;二、使用以库函数方式提供的各种函数。前者为核内实现&＃xff0c;后者为核外实现。用户服务要通过核外的应用程序才能实现&＃xff0c;所以要使用套接字(socket)来实现。
图1.2是TCP/IP协议核心与应用程序关系图。

(图1.2)

涉及到的专用术语
1、套接字
它是网络的基本构件。它是可以被命名和寻址的通信端点&＃xff0c;使用中的每一个套接字都有其类型和一个与之相连听进程。套接字存在通信区域&＃xff08;通信区域又称地址簇&＃xff09;中。套接字只与同一区域中的套接字交换数据&＃xff08;跨区域时&＃xff0c;需要执行某和转换进程才能实现&＃xff09;。WINDOWS 中的套接字只支持一个域——网际域。套接字具有类型。
WINDOWS SOCKET 1.1 版本支持两种套接字&＃xff1a;流套接字(SOCK_STREAM)和数据报套接字(SOCK_DGRAM)

2、WINDOWS SOCKETS 实现
一个WINDOWS SOCKETS 实现是指实现了WINDOWS SOCKETS规范所描述的全部功能的一套软件。一般通过DLL文件来实现

3、阻塞处理例程
阻塞处理例程(blocking hook,阻塞钩子)是WINDOWS SOCKETS实现为了支持阻塞套接字函数调用而提供的一种机制。

4、多址广播&＃xff08;multicast&＃xff0c;多点传送或组播&＃xff09;
是一种一对多的传输方式&＃xff0c;传输发起者通过一次传输就将信息传送到一组接收者&＃xff0c;与单点传送
(unicast)和广播(Broadcast)相对应。

客户机/服务器模式
在TCP/IP网络中两个进程间的相互作用的主机模式是客户机/服务器模式(Client/Server model)。该模式的建立基于以下两点&＃xff1a;1、非对等作用&＃xff1b;2、通信完全是异步的。客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请示方式&＃xff1a;

首先服务器方要先启动&＃xff0c;并根据请示提供相应服务&＃xff1a;&＃xff08;过程如下&＃xff09;
1、打开一通信通道并告知本地主机&＃xff0c;它愿意在某一个公认地址上接收客户请求。
2、等待客户请求到达该端口。
3、接收到重复服务请求&＃xff0c;处理该请求并发送应答信号。
4、返回第二步&＃xff0c;等待另一客户请求
5、关闭服务器。
客户方&＃xff1a;
1、打开一通信通道&＃xff0c;并连接到服务器所在主机的特定端口。
2、向服务器发送服务请求报文&＃xff0c;等待并接收应答&＃xff1b;继续提出请求……
3、请求结束后关闭通信通道并终止。

基本套接字函数

1、创建套接字——socket()
功能&＃xff1a;使用前创建一个新的套接字
格式&＃xff1a;SOCKET PASCAL FAR socket(int af,int type,int procotol);
参数&＃xff1a;af: 通信发生的区域
type: 要建立的套接字类型
procotol: 使用的特定协议

2、指定本地地址——bind()
功能&＃xff1a;将套接字地址与所创建的套接字号联系起来。
格式&＃xff1a;int PASCAL FAR bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
参数&＃xff1a;s: 是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符&＃xff08;套接字号&＃xff09;。
其它&＃xff1a;没有错误&＃xff0c;bind()返回0&＃xff0c;否则SOCKET_ERROR
地址结构说明&＃xff1a;
struct sockaddr_in
{
short sin_family;//AF_INET
u_short sin_port;//16位端口号&＃xff0c;网络字节顺序
struct in_addr sin_addr;//32位IP地址&＃xff0c;网络字节顺序
char sin_zero[8];//保留
}

3、建立套接字连接——connect()和accept()
功能&＃xff1a;共同完成连接工作
格式&＃xff1a;int PASCAL FAR connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR * name,int namelen);
SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR * name,int FAR * addrlen);
参数&＃xff1a;同上

4、监听连接——listen()
功能&＃xff1a;用于面向连接服务器&＃xff0c;表明它愿意接收连接。
格式&＃xff1a;int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog);

5、数据传输——send()与recv()
功能&＃xff1a;数据的发送与接收
格式&＃xff1a;int PASCAL FAR send(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
int PASCAL FAR recv(SOCKET s,const char FAR * buf,int len,int flags);
参数&＃xff1a;buf:指向存有传输数据的缓冲区的指针。

6、多路复用——select()
功能&＃xff1a;用来检测一个或多个套接字状态。
格式&＃xff1a;int PASCAL FAR select(int nfds,fd_set FAR * readfds,fd_set FAR * writefds,
fd_set FAR * exceptfds,const struct tim FAR * timeout);
参数&＃xff1a;readfds:指向要做读检测的指针
writefds:指向要做写检测的指针
exceptfds:指向要检测是否出错的指针
timeout:最大等待时间

7、关闭套接字——closesocket()
功能&＃xff1a;关闭套接字s
格式&＃xff1a;BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s);

典型过程图
2.1 面向连接的套接字的系统调用时序图



2.2 无连接协议的套接字调用时序图



2.3 面向连接的应用程序流程图

好了接下来我们编写一个简单的程序来看看运作过程

例子程序 

Visual C&＃43;&＃43; 2005 调试通过,请在工程的库路径里包含文件Ws2_32.lib

1&＃xff0e;TCP客户端

client.cpp

-----------------------------------------------------------

#include
#include
//#include
//#include 
//#include
//#include
#include
#include
#include
char * host_name&＃61;"127.0.0.1";
int port&＃61;10001;
void main(int argc,char *argv[])
{
    char buf[4096];
    char message[1024];
    int socket_descriptor;
    struct sockaddr_in pin;
    struct hostent *server_host_name;
    char *message_str&＃61;"hello,network\0";
    WSADATA wsaData;

    if(argc<2) {
        printf("send default srting.\n");
    } else {
        message_str&＃61;argv[1];
    }

    if(WSAStartup(MAKEWORD(2,1),&wsaData)) {
        printf("Winsock initializing fail\n");
        WSACleanup();
        return ;
    }

    if((server_host_name&＃61;gethostbyname(host_name))&＃61;&＃61;0)
    {
        perror("cant resolving localhost\n");
        WSACleanup();
        exit(1);
    }

    // bzero(&pin,sizeof(pin));
    memset(&pin, 0, sizeof(pin));
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    pin.sin_family&＃61;AF_INET;
    pin.sin_addr.s_addr&＃61;htonl(INADDR_ANY);
    pin.sin_addr.s_addr&＃61;((struct in_addr *)(server_host_name->h_addr))->s_addr;
    pin.sin_port&＃61;htons(port);

    if((socket_descriptor&＃61;socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))&＃61;&＃61;-1) {
        perror("Error opening socket\n");
        WSACleanup();
        exit(1);
    }

    if(connect(socket_descriptor,(const sockaddr *)&pin,sizeof(pin))&＃61;&＃61;-1)
    {
        perror("cant connecting to server");
        closesocket(socket_descriptor);
        WSACleanup();
        exit(1);
    }

    printf("send message %s to server ...\n",message_str);
    if (send(socket_descriptor,message_str,strlen(message_str),0)&＃61;&＃61;-1) {
        perror("cant send message\n");
        closesocket(socket_descriptor);
        WSACleanup();
        exit(1);
    }

    printf("waiting for response from server\n");
    if (recv(socket_descriptor,buf,sizeof(buf),0)&＃61;&＃61;-1) {
        perror("cant receive response\n");
        closesocket(socket_descriptor);
        WSACleanup();
        exit(1);
    }

    printf("\nResponse from server:\n\n%s\n",buf);
   
    closesocket(socket_descriptor);
    WSACleanup();
   
    return ;
}

-----------------------------------------------------------

1&＃xff0e;TCP服务端

server.cpp

-----------------------------------------------------------

#include
#include
//#include
#include
//#include
//#include
//#include
#include
#include
int port &＃61; 10001;
int main ()
{
    struct sockaddr_in sin;
    struct sockaddr_in pin;
    int sock_descriptor;
    int temp_sock_descriptor;
    int size_of_addr;
    size_of_addr&＃61;sizeof(pin);
    char buf[8192];
    int i, lenth;
    int ret;

    WSADATA wsaData;

    if (WSAStartup(MAKEWORD(2,1),&wsaData)){
        printf("Winsock initializing fail\n");
        WSACleanup();
        return 0;
    }

    sock_descriptor &＃61; socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    //bzero(&sin, sizeof (sin));
    memset(&sin, 0, sizeof(sin));
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    sin.sin_family &＃61; AF_INET;
    sin.sin_addr.s_addr &＃61; htonl(INADDR_ANY);
    sin.sin_port &＃61; htons (port);

    if (bind (sock_descriptor, (struct sockaddr *) &sin, sizeof (sin)) &＃61;&＃61; -1) {
        perror ("bind!");
        closesocket(sock_descriptor);
        WSACleanup();
        exit (1);
    }

    if (listen (sock_descriptor, 20) &＃61;&＃61; -1) {
        perror ("listen!");
        closesocket(sock_descriptor);
        WSACleanup();
        exit (1);
    }

    printf ("waiting for accepting connections from client\n");
    while(1) {
        temp_sock_descriptor &＃61; accept(sock_descriptor,(struct sockaddr *)&pin,&size_of_addr);
        if (temp_sock_descriptor &＃61;&＃61; -1) {
            perror ("call to accept");
        }
       
        if (recv (temp_sock_descriptor, buf, sizeof (buf), 0) &＃61;&＃61; -1) {
            perror ("recv!");
            closesocket(sock_descriptor);
            WSACleanup();
            exit (1);
        }

        printf ("received:%s\n", buf);
        lenth &＃61; strlen (buf);
        for (i &＃61; 0; i <&＃61; lenth; i&＃43;&＃43;) {
            buf[i] &＃61; toupper (buf[i]);

        }

        if (send (temp_sock_descriptor, buf, lenth, 0) &＃61;&＃61; -1) {
            perror ("send!");
            closesocket(sock_descriptor);
            WSACleanup();
            exit (1);
        }

    }
   
    closesocket (temp_sock_descriptor);
    WSACleanup();
   
    return 0;
}

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程序运行截图&＃xff1a;