Linux操作系統(tǒng)

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

編寫Linux下TCP服務(wù)器套接字程序，程序運(yùn)行時(shí)服務(wù)器等待客戶的連接，一旦連接成功，則顯示客戶的IP地址、端口號(hào)，并向客戶端發(fā)送字符串。

四、實(shí)驗(yàn)原理

使用TCP套接字編程可以實(shí)現(xiàn)基于TCP/IP協(xié)議的面向連接的通信，它分為服務(wù)器端和客戶端兩部分，其主要實(shí)現(xiàn)過程如圖1.1所示。

    圖1.1 TCP客戶/服務(wù)器的套接字函數(shù)

１、socket函數(shù)：為了執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)輸入輸出，一個(gè)進(jìn)程必須做的第一件事就是調(diào)用socket函數(shù)獲得一個(gè)文件描述符。

　　第一個(gè)參數(shù)指明了協(xié)議簇，目前支持5種協(xié)議簇，最常用的有AF_INET(IPv4協(xié)議)和AF_INET6(IPv6協(xié)議)；第二個(gè)參數(shù)指明套接口類型，有三種類型可選：SOCK_STREAM(字節(jié)流套接口)、SOCK_DGRAM(數(shù)據(jù)報(bào)套接口)和SOCK_RAW(原始套接口)；如果套接口類型不是原始套接口，那么第三個(gè)參數(shù)就為0。

２、connect函數(shù)：當(dāng)用socket建立了套接口后，可以調(diào)用connect為這個(gè)套接字指明遠(yuǎn)程端的地址；如果是字節(jié)流套接口，connect就使用三次握手建立一個(gè)連接；如果是數(shù)據(jù)報(bào)套接口，connect僅指明遠(yuǎn)程端地址，而不向它發(fā)送任何數(shù)據(jù)。

　　第一個(gè)參數(shù)是socket函數(shù)返回的套接口描述字；第二和第三個(gè)參數(shù)分別是一個(gè)指向套接口地址結(jié)構(gòu)的指針和該結(jié)構(gòu)的大小。

這些地址結(jié)構(gòu)的名字均已“sockaddr_”開頭，并以對應(yīng)每個(gè)協(xié)議族的唯一后綴結(jié)束。以IPv4套接口地址結(jié)構(gòu)為例，它以“sockaddr_in”命名，定義在頭文件<netinet/in.h>；以下是結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容：

３、bind函數(shù)：為套接口分配一個(gè)本地IP和協(xié)議端口，對于網(wǎng)際協(xié)議，協(xié)議地址是32位IPv4地址或128位IPv6地址與16位的TCP或UDP端口號(hào)的組合；如指定端口為0，調(diào)用bind時(shí)內(nèi)核將選擇一個(gè)臨時(shí)端口，如果指定一個(gè)通配IP地址，則要等到建立連接后內(nèi)核才選擇一個(gè)本地IP地址。

　　第一個(gè)參數(shù)是socket函數(shù)返回的套接口描述字；第二和第第三個(gè)參數(shù)分別是一個(gè)指向特定于協(xié)議的地址結(jié)構(gòu)的指針和該地址結(jié)構(gòu)的長度。

４、listen函數(shù)：listen函數(shù)僅被TCP服務(wù)器調(diào)用，它的作用是將用sock創(chuàng)建的主動(dòng)套接口轉(zhuǎn)換成被動(dòng)套接口，并等待來自客戶端的連接請求。

　　第一個(gè)參數(shù)是socket函數(shù)返回的套接口描述字；第二個(gè)參數(shù)規(guī)定了內(nèi)核為此套接口排隊(duì)的最大連接個(gè)數(shù)。由于listen函數(shù)第二個(gè)參數(shù)的原因，內(nèi)核要維護(hù)兩個(gè)隊(duì)列：以完成連接隊(duì)列和未完成連接隊(duì)列。未完成隊(duì)列中存放的是TCP連接的三路握手為完成的連接，accept函數(shù)是從以連接隊(duì)列中取連接返回給進(jìn)程；當(dāng)以連接隊(duì)列為空時(shí)，進(jìn)程將進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

５、accept函數(shù)：accept函數(shù)由TCP服務(wù)器調(diào)用，從已完成連接隊(duì)列頭返回一個(gè)已完成連接，如果完成連接隊(duì)列為空，則進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

第一個(gè)參數(shù)是socket函數(shù)返回的套接口描述字；第二個(gè)和第三個(gè)參數(shù)分別是一個(gè)指向連接方的套接口地址結(jié)構(gòu)和該地址結(jié)構(gòu)的長度；該函數(shù)返回的是一個(gè)全新的套接口描述字；如果對客戶段的信息不感興趣，可以將第二和第三個(gè)參數(shù)置為空。

6、write和read函數(shù)：當(dāng)服務(wù)器和客戶端的連接建立起來后，就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了，服務(wù)器和客戶端用各自的套接字描述符進(jìn)行讀/寫操作。因?yàn)樘捉幼置枋龇彩且环N文件描述符，所以可以用文件讀/寫函數(shù)write()和read()進(jìn)行接收和發(fā)送操作。

（1）write()函數(shù)用于數(shù)據(jù)的發(fā)送。

-------------------------------------------------------------------
#include <unistd.h> 　　 　 　 　
 int write(int sockfd, char *buf, int len);　
  回：非負(fù)－－－成功　　　-1－－－失敗
 -------------------------------------------------------------------

參數(shù)sockfd是套接字描述符，對于服務(wù)器是accept()函數(shù)返回的已連接套接字描述符，對于客戶端是調(diào)用socket()函數(shù)返回的套接字描述符；參數(shù)buf是指向一個(gè)用于發(fā)送信息的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；len指明傳送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小。

（2）read()函數(shù)用于數(shù)據(jù)的接收。

-------------------------------------------------------------------
#include <unistd.h> 　　 　 　 　
 int read(int sockfd, char *buf, intlen); 　
  回：非負(fù)－－－成功　　　-1－－－失敗
 -------------------------------------------------------------------

參數(shù)sockfd是套接字描述符，對于服務(wù)器是accept()函數(shù)返回的已連接套接字描述符，對于客戶端是調(diào)用socket()函數(shù)返回的套接字描述符；參數(shù)buf是指向一個(gè)用于接收信息的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；len指明接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小。

7、send和recv函數(shù)：TCP套接字提供了send()和recv()函數(shù)，用來發(fā)送和接收操作。這兩個(gè)函數(shù)與write()和read()函數(shù)很相似，只是多了一個(gè)附加的參數(shù)。

（1）send()函數(shù)用于數(shù)據(jù)的發(fā)送。

-------------------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include < sys/socket.h > 　　 　 　 　
ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags); 　
  回：返回寫出的字節(jié)數(shù)－－－成功　　　-1－－－失敗
 -------------------------------------------------------------------

前3個(gè)參數(shù)與write()相同，參數(shù)flags是傳輸控制標(biāo)志。

（2）recv()函數(shù)用于數(shù)據(jù)的發(fā)送。

-------------------------------------------------------------------
#include <sys/types.h>
#include < sys/socket.h > 　　 　 　 　
ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags); 　
  回：返回讀入的字節(jié)數(shù)－－－成功　　　-1－－－失敗
 -------------------------------------------------------------------

前3個(gè)參數(shù)與read()相同，參數(shù)flags是傳輸控制標(biāo)志。

五、實(shí)驗(yàn)步驟

1、登陸進(jìn)入ubuntu操作系統(tǒng)，新建一個(gè)文件，命名為tcpserver.c（為了方便起見，可以進(jìn)入“home”，再進(jìn)入用戶目錄，在用戶目錄下新建tcpserver.c）。

2、在tcpserver.c中編寫服務(wù)器端程序代碼并保存。

3、在“終端”（“Applications”→“附件”→“終端”）中執(zhí)行命令進(jìn)入tcpserver.c所在目錄。（pwd命令可以顯示當(dāng)前所在目錄；ls命令可以顯示當(dāng)前目錄下的文件和文件夾信息；cd..命令可以進(jìn)入上一級(jí)目錄；cd 目錄名 命令可以進(jìn)入當(dāng)前所示的某個(gè)目錄。）

4、執(zhí)行命令gcc –o tcpserver tcpserver.c生成可執(zhí)行文件tcpserver。

5、執(zhí)行命令./ tcpserver，觀察結(jié)果。

6、認(rèn)真分析源代碼，體會(huì)如何編寫一個(gè)TCP服務(wù)器端程序。

六、參考程序（tcpserver.c）

1. #include<stdio.h>  
2.        #include <stdlib.h>  
3.        #include<unistd.h>  
4.        #include<string.h>  
5.        #include<sys/types.h>  
6.        #include<sys/socket.h>  
7.        #include<netinet/in.h>  
8.        #include<netdb.h>  
9.    
10.        #define  PORT 1234  
11.        #define  MAXDATASIZE 100  
12.    
13.        int main(int argc, char *argv[])  
14.        {  
15.        int  sockfd, num;  
16.        char  buf[MAXDATASIZE];  
17.        struct hostent *he;  
18.        struct sockaddr_in server;  
19.        if (argc!=2) {  
20.        printf("Usage:%s <IP Address>\n",argv[0]);  
21.        exit(1);  
22.        }  
23.        if((he=gethostbyname(argv[1]))==NULL){  
24.        printf("gethostbyname()error\n");  
25.        exit(1);  
26.        }  
27.        if((sockfd=socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0))==-1){  
28.        printf("socket()error\n");  
29.        exit(1);  
30.        }  
31.        bzero(&server,sizeof(server));  
32.        server.sin_family= AF_INET;  
33.        server.sin_port = htons(PORT);  
34.        server.sin_addr =*((struct in_addr *)he->h_addr);  
35.        if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)&server,sizeof(server))==-1){  
36.        printf("connect()error\n");  
37.        exit(1);  
38.        }  
39.        if((num=recv(sockfd,buf,MAXDATASIZE,0)) == -1){  
40.        printf("recv() error\n");  
41.        exit(1);  
42.        }  
43.        buf[num-1]='\0';  
44.        printf("Server Message: %s\n",buf);  
45.        close(sockfd);  
46. return 0;  
47. }  
48.