C语言-TCP通信创建流程

news2024/11/25 13:39:36

TCP通信创建流程

1. 客户端创建TCP连接

在整个流程中, 主要涉及以下⼏个接⼝
            socket() : 创建套接字, 使⽤的套接字类型为流式套接字
            connect() : 连接服务器
            send() : 数据发送
            recv() : 数据接收

创建套接字

首先，我们需要创建套接字，套接字是通信的基础。我们可以通过 socket() 函数来创建套接字。

int socket(int domain, int type, int protocol);
参数:
    @domain
            地址族
            AF_UNIX, AF_LOCAL  本地通信,数据不仅过网卡
            AF_INET         IPV4 ineter⽹通信  
            AF_INET6        IPV6 ineter⽹通信
            AF_PACKET       网卡上的数据包通信
            ....
            
            
    @ type
            使⽤协议类型
                SOCK_STREAM 流式套接字（TCP）
                SOCK_DGRAM 报⽂套接字（UDP）
                SOCK_RAW原始套接字: （IP,ICMP）
                ......
                
    @protocol
            协议编号
            0 : 让系统⾃动识别
            IPPROTO_TCP : TCP协议
            IPPROTO_UDP : UDP协议


返回值:
        成功返回得到的⽂件描述符。当前可使用的最小描述符
        失败返回 -1

连接服务器

创建套接字之后，我们需要连接服务器。连接服务器需要调用 connect() 函数。

发起对套接字的连接 (基于⾯向连接的协议)
int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);
参数:
    @sockfd
            套接字描述符
            
    @addr   连接的套接字的地址结构对象的地址 (⼀般为服务器)
            服务器地址
                struct sockaddr {
                    unsigned short sa_family; // 地址族 对应socket()中的domain
                    char sa_data[14]; // 地址数据 ip地址端口信息
                };
                        
                struct sockaddr_in { 
                    short int sin_family; // 地址族 AF_INET
                    unsigned short int sin_port; // 端口号
                    struct in_addr sin_addr;// IP地址
                    unsigned char sin_zero[8]; // 填充字节 为了对齐sockaddr
                };
                
                struct in_addr {
                    uint32_t       s_addr; // IP地址
                };
            
    @addrlen
            地址长度


返回值:
        成功返回0
        失败返回-1 并设置 errno

数据发送

连接服务器之后，我们就可以向服务器发送数据。发送数据需要调用 send() 函数。

基于套接字（建⽴连接）发送数据
int send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags);
参数:
    @sockfd
            套接字描述符
            
    @buf    发送的数据
            
    @len    发送数据的长度
            
    @flags  发送标志
函数返回值:
    成功返回发送的字节数
    失败返回-1,并设置errno

数据接收

服务器向客户端发送数据之后，客户端就可以接收数据。接收数据需要调用 recv() 函数。

接收套接字的数据 (基于⾯向连接的协议)
int recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags);
参数:
    @sockfd
            套接字描述符
            
    @buf    接收的数据
            
    @len    接收数据的长度
            
    @flags  接收标志
函数返回值:
    成功返回接收的字节数
    失败返回-1,并设置errno

完整流程

//todo tcp客户端,循环发送数据,接收回传数据
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>

#define N 128
//初始化socket
int  init_socket(char *ip,char *port){

    int init_socket_fd= socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if (init_socket_fd==-1){
        printf("init_socket err");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t len=sizeof(server_addr);
    bzero(&server_addr,len);
    server_addr.sin_family=AF_INET;
    inet_aton(ip,&server_addr.sin_addr);
    server_addr.sin_port= htons(atoi(port));

    //连接
    int ret= connect(init_socket_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,len);
    if (ret==-1){
        printf("connect error,连接失败\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }


return init_socket_fd;
}

//客户端接收数据
int Client_Receive_data(int socket_fd){
    char receive_msg[N];
    bzero(receive_msg,N);
    int recv_len= recv(socket_fd, receive_msg,sizeof(receive_msg),0);
    if (recv_len == -1) {
        printf("recv error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    receive_msg[recv_len] = '\0';
    printf("收到客户端数据:[%s]\n",receive_msg);
}


//客户端发送数据
int  Client_Send_data(int socket_fd){
    char msg[N];
    
    while (1){
    bzero(&msg, sizeof (msg));
    printf("请输入:\n");
    fgets(msg, sizeof(msg),stdin);
    msg[strlen(msg)-1]='\0';
    
    printf("发送数据%s\n",msg);
    
    int  Send_data_len= send(socket_fd,&msg, strlen(msg),0);
        if (Send_data_len==-1){
            printf("发送失败 send err\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
    printf("发送了%d个字节\n",Send_data_len);
    
    if (strncmp(msg, "exit", 4) == 0) {
        printf("退出通信\n");
        close(socket_fd);
        break;
    }
    break;
    //接收
    Client_Receive_data(socket_fd);
    
    }

    return 0;
}

int main(){
    //初始化连接
    int socket_fd = init_socket("172.17.128.1","8888");
    //发送数据
    Client_Send_data(socket_fd);


    return 0;
}

服务端流程

在这里插入图片描述

在上述流程中，相对于客户端主要增加以下新的流程
bind : 绑定 ip 地址与端⼝号，⽤于客户端连接服务器
listen : 建⽴监听队列，并设置套接字的状态为 listen 状态, 表示可以接收连接请求
accept : 接受连接, 建⽴三次握⼿, 并创建新的⽂件描述符, ⽤于数据传输

socket 套接字状态如下图:
在这里插入图片描述

CLOSED : 关闭状态
SYN-SENT : 套接字正在试图主动建⽴连接 [发送 SYN 后还没有收到 ACK]，很短暂
SYN-RECEIVE : 正在处于连接的初始同步状态 [收到对⽅的 SYN，但还没收到⾃⼰发过去的SYN 的 ACK]
ESTABLISHED : 连接已建⽴

bind 函数 绑定 ip 地址与端⼝号,

函数头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

函数功能:
绑定 ip 地址与端⼝号, 使得套接字可以接收客户端的连接请求

参数:
sockfd : 套接字描述符
addr : 指向 sockaddr 结构体的指针, 包含了要绑定的 ip 地址和端⼝号
addrlen : 结构体 sockaddr 的长度

返回值:
成功 : 0
失败 : -1, 并设置 errno 变量

在服务器绑定 ip 地址与端⼝号之后, 则需要让服务器 socket 套接字设置成被动监听状态，并
创建监听队列，这⾥需要调⽤ listen 函数

listen 函数 建⽴监听队列

函数头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>

int listen(int sockfd, int backlog);

函数功能:
建⽴监听队列, 并设置套接字的状态为 listen 状态, 表示可以接收连接请求

参数:
sockfd : 套接字描述符
backlog : 监听队列的最大长度

返回值:
成功 : 0
失败 : -1, 并设置 errno 变量

在服务器端调用 listen 函数之后, 则可以开始接收客户端的连接请求, 并创建新的套接字
用于数据传输, 这⾥需要调⽤ accept 函数

accept 函数 接受连接, 建⽴三次握⼿, 并创建新的⽂件描述符, ⽤于数据传输

函数头文件:
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>


int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

函数功能:
接受连接, 建⽴三次握⼿, 并创建新的⽂件描述符, ⽤于数据传输

参数:
sockfd : 套接字描述符
addr : 指向 sockaddr 结构体的指针, 用于返回客户端的 ip 地址和端⼝号
addrlen : 指向 socklen_t 类型的指针, 用于返回 sockaddr 结构体的长度

返回值:
成功 : 新的套接字描述符
失败 : -1, 并设置 errno 变量

在服务器端调用 accept 函数之后, 则可以接收客户端的连接请求, 并创建新的套接字用于数据
传输, 调⽤ recv 和 send 函数进行数据传输

// todo TCP服务端程序 循环接收客户端数据,将数据回传
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>


#define N 128

//初始化socket
int  init_socket(char *ip,char *port){
    int init_socket_fd= socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    if (init_socket_fd==-1){
        printf("init_socket err");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    struct sockaddr_in server_addr;
    socklen_t len=sizeof(server_addr);
    bzero(&server_addr,len);
    server_addr.sin_family=AF_INET;
    inet_aton(ip,&server_addr.sin_addr);
    server_addr.sin_port= htons(atoi(port));

    int bind_ret= bind(init_socket_fd,(struct sockaddr*)&server_addr,len);
    if (bind_ret == -1) {
        printf("bind error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    int listen_ret= listen(init_socket_fd,10);
    if (listen_ret == -1) {
        printf("listen error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }


    return init_socket_fd;
}

//客户端发送消息
int  Server_Send_data(int clientFD,char* msg){
    strcat(msg,"-回传");


    int server_send_len=send(clientFD,msg,strlen(msg),0);
    if (server_send_len == -1) {
        printf("send error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }if (server_send_len == 0) {
        printf("客户端关闭连接\n");
        return -1;
    }
    printf("发送给客户端数据:[%s]\n",msg);
    return 0;
}


//接收数据
int Server_Receive_data(int clientFD){
    while (1){
        //接收-使用新的文件描述符
        char recv_buf[N];
        bzero(recv_buf, sizeof(recv_buf));
        int recv_len = recv(clientFD, recv_buf, sizeof(recv_buf), 0);
        if (recv_len == -1) {
            printf("recv error\n");
            exit(EXIT_FAILURE);
        }
        if (recv_len == 0) {
            printf("客户端关闭连接\n");
            break;
        }
        if (strncmp(recv_buf, "exit", 4) == 0) {
            printf("客户端退出通信\n");
            close(clientFD);
            break;
        }
        printf("收到客户端消息:|%s|\n",recv_buf);

        Server_Send_data(clientFD, recv_buf);
    }
    return 0;
}



int main(){

    int socket_fd = init_socket("172.17.140.183","8080");

    struct sockaddr_in cli_addr;
    socklen_t cli_len=sizeof(cli_addr);

    //获取客户端连接
    int clientFD= accept(socket_fd,(struct sockaddr*)&cli_addr,&cli_len);
    if (clientFD == -1){
        printf("accept error\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    printf("连接 ip:%s, port:%d\n",inet_ntoa(cli_addr.sin_addr),ntohs(cli_addr.sin_port));

    //接收数据
    Server_Receive_data(clientFD);


    //关闭连接
    close(clientFD);
}

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