Linux网络编程（六）-TCP协议服务端及代码实现

1.概述

在讲述了那么多以后我们终于来到了代码阶段的讲解了，先放一张流程图便于大家理解。接着会为大家讲述具体的实现过程。

通过上图我们可以看到一个完整的Socket网络通信，是有客户端和服务端两部分代码组成的，即两个程序（你发给我，我接收；我发给你，你接收）组成。左侧为客户端，右侧为服务端。每一步都是由Socket为我们封装好的函数实现，简单说，我们只需要弄明白每一步的作用和使用方法即可。本章我们先着重讲解服务端的每一步，TCP服务端调用的函数依次是**socket( )、bind( )、listen( )、accept( )、recv( )、send( )、closesocket( )，**我们会逐一详细的介绍每一个函数的作用及用法。除此之外，我们还会为大家介绍一下服务端和客户端都会用到的WSAStartup( )函数，在windows系统中我们需要这个函数来以指明 WinSock 规范的版本。以及WSACleanup函数，这个函数用来终止对Socket字库的使用。

2.WSAStartup函数

上一节我们介绍了客户端与服务端相互通信的模型图，每一步都有具体的函数实现，但需要明白的是，使用这些函数之前，在Windows系统下，需要先调用WSAStartup函数进行必要的初始化，才可以顺利的进行，

而使用WSAStartup函数又需要事先先包含对应的头文件winsock2.h及静态库ws2_32.lib文件（在windows环境下）

具体如下：

函数功能：

用于初始化Socket编程，指明Windows系统中Socket( )版本

依赖静态库库：

ws2_32.lib

需要用#pragma命令包含，即：

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")    //表示链接Ws2_32.lib这个库。ws2_32.lib是Winsock2的库文件。

函数原型：

int WSAStartup(WORD wVersionRequested, LPWSADATA lpWSAData);

返回值类型：

整型

返回值:

成功返回0，失败返回-1

参数说明：

第一个参数wVersionRequested为 WinSock 规范的版本号它的类型WORD,所以要用MAKEWORD( )宏函数对它的版本号进行转换。低字节为主版本号，高字节为副版本号。

代码示例：

wVersionRequired=MAKEWORD(1,2)   //即主版本号是1，副版本号位2，那么它表示的就是调用WinSock 1.2版本。     现在我们一般用2.2版本 ，即MAKEWORD(1,2)

第二个参数lpWSAData 为指向 WSAData 结构体的指针。其定义原型如下：

typedef struct WSAData {WORD        wVersion;    //ws2_32.dll 建议我们使用的版本号WORD        wHighVersion;    //ws2_32.dll 支持的最高版本号
#ifdef _WIN64unsigned short iMaxSockets;     //2.0以后不再使用unsigned short iMaxUdpDg;     //2.0以后不再使用char        *lpVendorInfo;     //2.0以后不再使用char        szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];  //一个以 null 结尾的字符串，用来说明 ws2_32.dll 的实现以及厂商信息char        szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];  //一个以 null 结尾的字符串，用来说明 ws2_32.dll 的状态以及配置信息
#elsechar        szDescription[WSADESCRIPTION_LEN+1];   //32位版本，同上char        szSystemStatus[WSASYS_STATUS_LEN+1];   //32位版本，同上unsigned short iMaxSockets;    //32位版本，同上unsigned short iMaxUdpDg;    //32位版本，同上char        *lpVendorInfo;    32位版本，同上
#endif
} WSADATA, *LPWSADATA;

怎么样，看清楚真实面貌了吧，因此我们只需要包含头文件、静态库，然后完善这两个参数，传入WSAStartup调用即可。

当然，完整可编译的代码，则需要将以上代码放入main函数中，并且包含对应的头文件及相对应的静态库，使用方式如下：

//www.dotcpp.com
#include <stdio.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment (lib, "ws2_32.lib")int main()
{
WSADATA wsaData;
WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData); //目前建议使用最新2.2版本//以下为测试信息，打印相应的数值用于测试
printf("wVersion: %d.%d\\n", LOBYTE(wsaData.wVersion), HIBYTE(wsaData.wVersion));
printf("wHighVersion: %d.%d\\n", LOBYTE(wsaData.wHighVersion), HIBYTE(wsaData.wHighVersion));
printf("szDescription: %s\\n", wsaData.szDescription);
printf("szSystemStatus: %s\\n", wsaData.szSystemStatus);return 0;
}

大家可以实行上机试验。

在介绍完WSAStartup函数后我们就要按顺序讲解socket( )、bind( )、listen( )、accept( )、recv( )、send( )、closesocket( )这些函数了。

3.Socket函数

如下图所示，是Socket通信的原理图，左侧为服务端，右侧是客户端，可以看到服务端的步骤要多一些，客户端将在后面讲解。本节开始将从左侧服务端第一步开始逐步讲解，本步骤目标为创建一个套接字，其返回值为后面的步骤使用。

下面我们开始正式进入Socket通信的第一步，这一步无论是客户端还是服务端都是需要的第一步，因此大家认真思考。

函数功能：

创建套接字

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

int socket( int af, int type, int protocol);

返回值类型：

整型

返回值:

成功返回非负值，表示套接字的文件描述符，失败返回-1，通常返回-1错误很可能是没有执行 WSAStartup初始化导致！

参数说明：

第一个参数af指明了协议族，通常用AF_INET、AF_INET6、AF_LOCAL等。AF表示地址族，选择 AF_INET 的目的就是使用 IPv4 进行通信。因为 IPv4 使用 32 位地址，相比 IPv6 的 128 位来说，计算更快，便于用于局域网通信。

第二个参数type是Socket类型，常用的Socket类型我们之前已经介绍过了分别是SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM因为我们要写的是TCP Socket编程所以我们使用SOCK_STREAM。

第三个参数protocol表示传输协议一般取为0。因为一般情况下有了 domain和 type 两个参数就可以创建套接字了，操作系统会自动推演出协议类型，除非遇到这样的情况：有两种不同的协议支持同一种地址类型和数据传输类型。如果我们不指明使用哪种协议，操作系统是没办法自动推演的。

调用socket函数整体代码的实现：

**int** sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//建立套接字

显而易见的，那么UDP的写法则为：

sockfd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);

4.Bind函数

在完成第一步创建套接字，分配了一个Socket描述符后，服务端的第二步就是使用在这个描述符用Bind绑定

Bind()系统调用的主要用处：

服务器向系统注册它的众所周知的地址。面向连接和无连接的服务器在接受客户的请求之前都必须做这一步。
客户可为自己注册一个特定的地址，以便服务器可以用这个有效的地址送回响应。

函数功能：

将监听套接字绑定到本地地址和端口上。

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

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

返回值类型：

整型

返回值:

成功返回非负值，失败返回-1，最常见的错误一般是端口被占用。需要注意的是，在Linux系统中，1024以下的端口都需要root权限的程序才可以绑定

参数说明：

第一个参数sockfd为上一步创建socket时的返回值。

第二个参数addr 为 sockaddr 结构体变量的指针。该类型的定义原型如下：

struct sockaddr_in {short   sin_family;    //协议族，与前面Socket函数中提到的一样，我们这里使用AF_INETu_short sin_port;        //端口号，需要struct in_addr sin_addr;    //IP地址，需要使用网络序char    sin_zero[8];    //没有实际意义,只是为了跟SOCKADDR结构在内存中对齐
};

第三个参数addrlen为addr 变量的大小，可由 sizeof() 计算得出。

调用bind函数整体代码的参考代码

struct sockaddr_in serv_addr    //创建结构体变量
servaddr.sin_family=AF_INET;    //sin_family指代协议族和前面讲述socket()的第一个参数的含义相同，取值也需跟socke函数第一个参数值一样。
servaddr.sin_port=htons(2000);    //sin_port存储端口号（使用网络字节顺序，对于htons()函数我们还有单独一章的说明，2000这个端口转换为网络字节序列。
//理论上端口号的取值范围为是0到65536，但0到1023的端口一般由系统分配给特定的服务程序，比如Web 服务的端口号为 80所以我们的程序要尽量在 1024~65536 之间分配端口号。servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");    //将iP地址127.0.0.1也就是本机地址转换为十进制bind(sockfd,(sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr));    // 将套接字绑定到本地地址和端口上。

5.listen函数

接着，在完成bind函数之后，服务端接下来就可以用listen函数监听了，用于监听是否有客户端连接它，以便存储多个用户的连接建立请求，listen函数具体如下：

函数功能：

让socket进入被动监听状态。什么是被动监听呢，是指当没有客户端请求时，socket处于“沉睡”中，只有当接收到客户端请求时，socket才会被“叫醒”来响应请求。

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

int listen(int sockfd, intqueue_length);

返回值类型：

整型

返回值:

成功返回0，失败返回-1

参数说明：

第一个参数为第一步sockfd创建socket时的返回值，套接字的描述符。

第二个参数queue_length用于指定接收队列的长度，也就是在Server程序调用accept函数之前最大允许进入的连接请求数，多余的连接请求将被拒绝，典型取值为5。

listen(sockfd,5);//监听sockfd为创建套接字时的返回值。

6.accept函数

在listen监听到有新客户端时，就可以用accept函数响应客户的连接请求，建立与客户端的连接。产生一个新的socket描述符来描述该连接，这个连接用来与发起该连接请求的客户交换数据。

函数功能：

接收客户端连接请求

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

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

返回值类型：

整型

返回值:

成功返回非负值，失败返回-1

参数说明：

sockfd为建立socket函数返回的值。

addr为 sockaddr 结构体变量的指针，这个参数是指针类型，是向外传内容的，即addr将在函数调用后填入对方(客户端)的地址信息，如对方的IP、端口等。

addrlen为 addr变量的大小，可由 sizeof() 计算得出。

调用accept函数整体代码的实现：

struct sockaddr_in clientaddr//创建客户端地址结构体

int aID;//用来接收accept函数返回值

aID=accept(sockfd,(sockaddr*)&clientaddr,&sizeof( clientaddr));//等待接收客户连接请求

7.recv函数

函数功能：

接收客户端或服务端传来的数据,也就是客户端和服务端都要用到

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

int recv(int aID, char *buf, int len, int flags);

返回值类型：

整型

返回值:

返回值小于0,socket报错。返回值等于0没有接收到数据，返回值大于0成功，返回值即为接收到的数据长度

参数说明：

第一个参数aID，表示连接成功的套接字描述符。

注意：这一步对于服务端而言是上一步accept的返回值；对于客户端而言是connect的返回值，并非是第一步socket创建套接字的返回值，请大家理解不要搞混！

第二个参数buf，就是为要接收的数据所在的缓冲区地址，也就是一个空的字符数组的首地址，这里放结果。

第三个参数len为要接收数据的字节数。

第四个参数flags为发送数据时的附带标记，一般情况下设置为0。但可以选择下列设置:

MSG_DONTROUTE：表示不使用指定路由，对send、sendto有效

MSG_PEEK：对recv, recvfrom有效，表示读出网络数据后不清除已读的数据

MSG_OOB：对发送接收都有效，表示发送或接受加急数据

调用recv函数整体代码的实现：

需要注意的是，recv缺省是阻塞函数，直到收到信息或出错才会返回。

char recBuf[200];//定义一个字符串用来保存客户端发来的数据
recv(aID,recBuf,200,0);//接收来自客户端或服务端的数据

8.send函数

与是recv一样，有收就会有发，发送内容对应send函数，也是从服务端accept后或客户端connect后就可以用的函数，其说明如下：

函数功能：

发送服务端或客户端的数据

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

int send(int aID, const char *buf, int len, int flags);

返回值类型：

整型

返回值:

返回值小于0,socket报错。返回值等于0对方调用了close API来关闭连接，返回值大于0成功，返回值为发送的的数据长度

参数说明：

第一个参数aID，表示连接成功的套接字描述符。

第二个参数buf为要发送的数据所在的缓冲区地址，即一个已经存好内容的字符数组

第三个参数len为要发送的数据的实际字节数+1。

第四个参数flags为发送数据时的附带标记，一般情况下设置为0。但可以选择下列设置:

MSG_DONTROUTE：表示不使用指定路由，对send、sendto有效

MSG_PEEK：对recv, recvfrom有效，表示读出网络数据后不清除已读的数据

MSG_OOB：对发送接收都有效，表示发送或接受加急数据

调用send函数整体代码的实现：

char sendBuf[200];//定义一个数组用来保存发送的数据
send(aID,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);//用来发送服务端或客户端的数据

与recv同样，send函数缺省也是阻塞函数，直到发送完毕或出错才会返回。

需要注意，如果函数返回值与参数len不相等，则剩余未发送的信息需要再次发送。

9.closesocket函数

一旦决定要停止通信，就要关闭套接字，释放资源，则需要调用closesocket函数进行

其函数介绍如下：

函数功能：

与socket函数功能相反关闭套接字

头文件：

#include <winsock2.h>

函数原型：

int closesocket(int aID);

返回值类型：

整型

参数说明：

aID为接收客户端请求的返回值。

调用closesocket函数整体代码的实现：

closesocket(aID);

10.WSACleanup函数

一旦程序结束需要停止Socket库的使用，需要调用WSACleanup函数，这一步和最开始的WSACleanup是对应的。

函数功能

用于终止对So：cket字库的使用。

库链接：

#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")表示链接Ws2_32.lib这个库。 ws2_32.lib是Winsock2的库文件。

函数原型：

int PASCAL FAR WSACleanup (void)。

返回值类型：

整型

返回值:

成功返回0

参数说明：

无参数

因此调用WSACleanup函数也很简单，如下：

WSACleanup();

11.Socket服务端完整参考代码

前面讲解了Socket通信中服务端的每一步功能作用及实现，而重点是多个步骤在一起时，上下文函数之间的信息传递需要我们理解，如SOCKADDR_IN的结构体、各个SOCKET描述符等参数，以及在此基础之上改进得到的希望的实际效果（如需要不停的接受消息、发送消息）

下面我们将所有步骤串联在一起，提供一个可以连续接收客户端信息的服务端程序，完整代码供大家参考：

#include <winsock2.h>
#include <stdio.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
int main()
{WSADATA wsaData;WSAStartup( MAKEWORD(2, 2), &wsaData); //目前建议使用最新2.2版本SOCKET serSocket=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);//创建了可识别套接字if(serSocket!=-1){printf("成功创建套接字！%d\\n",serSocket);  }//需要绑定的参数，主要是本地的socket的一些信息。SOCKADDR_IN addr;addr.sin_family=AF_INET;addr.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);//ip地址addr.sin_port=htons(12345);//绑定端口bind(serSocket,(SOCKADDR*)&addr,sizeof(SOCKADDR));//绑定完成listen(serSocket,5);//其中第二个参数代表能够接收的最多的连接数printf("等待客户端...\\n");SOCKADDR_IN clientsocket;int len=sizeof(SOCKADDR);//第二次握手，通过accept来接受对方的套接字的信息SOCKET serConn=accept(serSocket,(SOCKADDR*)&clientsocket,&len);//如果这里不是accept而是conection的话。。就会不断的监听if(serConn){printf("监听到新的客户端...\\n");}while (1){char sendBuf[100];sprintf(sendBuf,"welcome %s to here",inet_ntoa(clientsocket.sin_addr));//找对对应的IP并且将这行字打印到那里//发送信息send(serConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);char receiveBuf[100];//接收int RecvLen;RecvLen=recv(serConn,receiveBuf,100,0);if(RecvLen!=-1)printf("%d %s\\n",RecvLen,receiveBuf);elsebreak;}closesocket(serConn);//关闭WSACleanup();//释放资源的操作return 0;
}

因为暂时没有客户端连接，运行后为等待效果状态，效果如下：