Linux网络编程(2)
1、客户端程序
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/socket.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<string.h>
#define SERV_IP "127.0.0.1"
#define SERV_PORT 6666
int main()
{
int cfd;
struct sockaddr_in serv_addr;
socklen_t serv_addr_len;
char buf[BUFSIZ];
cfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
int n;
memset(&serv_addr,0,sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
inet_pton(AF_INET,SERV_IP,&serv_addr.sin_addr.s_addr);
connect(cfd,(struct sockaddr *)&serv_addr,sizeof(serv_addr));
while(1)
{
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
write(cfd,buf,strlen(buf));
n = read(cfd,buf,sizeof(buf));
write(STDOUT_FILENO,buf,n);
};
close (cfd);
}
fgets()函数，键入hello world fgets读取到的是 "hello world\n\0"
stdio获取用户输入
2、错误处理函数
netstat -apn | grep 6666 查看端口号
先关server 再关client 再启动的时候就会出错
封装出错处理函数和头文件
要点就是把系统函数封装成用户自己的函数，把首个字母变大写(方便进入man手册)，在函数内部调用系统函数。代码见/root/Liunx/3/1Days wrap.c和wrap.h
wrap.c:
#include <stdlib.h>
#include <errno.h>
#include <sys/socket.h>
void perr_exit(const char *s)
{
perror(s);
exit(1);
}
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr)
{
int n;
again:
if ( (n = accept(fd, sa, salenptr)) < 0) {
if ((errno == ECONNABORTED) || (errno == EINTR))
goto again;
else
perr_exit("accept error");
}
return n;
}
int Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
int n;
if ((n = bind(fd, sa, salen)) < 0)
perr_exit("bind error");
return n;
}
int Connect(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen)
{
int n;
if ((n = connect(fd, sa, salen)) < 0)
perr_exit("connect error");
return n;
}
int Listen(int fd, int backlog)
{
int n;
if ((n = listen(fd, backlog)) < 0)
perr_exit("listen error");
return n;
}
int Socket(int family, int type, int protocol)
{
int n;
if ( (n = socket(family, type, protocol)) < 0)
perr_exit("socket error");
return n;
}
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes)
{
ssize_t n;
again:
if ( (n = read(fd, ptr, nbytes)) == -1) {
if (errno == EINTR)
goto again;
else
return -1;
}
return n;
}
ssize_t Write(int fd, const void *ptr, size_t nbytes)
{
ssize_t n;
again:
if ( (n = write(fd, ptr, nbytes)) == -1) {
if (errno == EINTR)
goto again;
else
return -1;
}
return n;
}
int Close(int fd)
{
int n;
if ((n = close(fd)) == -1)
perr_exit("close error");
return n;
}
ssize_t Readn(int fd, void *vptr, size_t n)
{
size_t nleft;
ssize_t nread;
char *ptr;
ptr = vptr;
nleft = n;
while (nleft > 0) {
if ( (nread = read(fd, ptr, nleft)) < 0) {
if (errno == EINTR)
nread = 0;
else
return -1;
} else if (nread == 0)
break;
nleft -= nread;
ptr += nread;
}
return n - nleft;
}
ssize_t Writen(int fd, const void *vptr, size_t n)
{
size_t nleft;
ssize_t nwritten;
const char *ptr;
ptr = vptr;
nleft = n;
while (nleft > 0) {
if ( (nwritten = write(fd, ptr, nleft)) <= 0) {
if (nwritten < 0 && errno == EINTR)
nwritten = 0;
else
return -1;
}
nleft -= nwritten;
ptr += nwritten;
}
return n;
}
static ssize_t my_read(int fd, char *ptr)
{
static int read_cnt;
static char *read_ptr;
static char read_buf[100];
if (read_cnt <= 0) {
again:
if ((read_cnt = read(fd, read_buf, sizeof(read_buf))) < 0) {
if (errno == EINTR)
goto again;
return -1;
} else if (read_cnt == 0)
return 0;
read_ptr = read_buf;
}
read_cnt--;
*ptr = *read_ptr++;
return 1;
}
ssize_t Readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen)
{
ssize_t n, rc;
char c, *ptr;
ptr = vptr;
for (n = 1; n < maxlen; n++) {
if ( (rc = my_read(fd, &c)) == 1) {
*ptr++ = c;
if (c == '\n')
break;
} else if (rc == 0) {
*ptr = 0;
return n - 1;
} else
return -1;
}
*ptr = 0;
retrun n;
}wrap.h
#ifndef __WRAP_H_
#define __WRAP_H_
void perr_exit(const char *s);
int Accept(int fd, struct sockaddr *sa, socklen_t *salenptr);
int Bind(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen);
int Connect(int fd, const struct sockaddr *sa, socklen_t salen);
int Listen(int fd, int backlog);
int Socket(int family, int type, int protocol);
ssize_t Read(int fd, void *ptr, size_t nbytes);
ssize_t Write(int fd, const void *ptr, size_t nbytes);
int Close(int fd);
ssize_t Readn(int fd, void *vptr, size_t n);
ssize_t Writen(int fd, const void *vptr, size_t n);
ssize_t my_read(int fd, char *ptr);
ssize_t Readline(int fd, void *vptr, size_t maxlen);
#endif
3、read返回值总结
accept 有一个宏ECONNABORTED，被信号终端，不算错误，goto again 重启一下
read函数返回值
>0 实际读到的字节数
=0数据写完(读到文件、管道、socket 末尾--对端关闭)
-1异常
error = EINTR 被信号中断
error == EAGAIN(EWOULDBLOCK)以非阻塞方式读，并且没有数据
其他值：出现错误
4、read和readline函数封装
Readn应该读取的字节数，用于socket一次只能读取1500个字节，而我们需要4096个字节，所以要自己封装一个readn
myread函数，一次myread通过传出参数传出去，通过readline函数
readn一定要读慢多少个字节才能返回
reanline读一行
5、TCP三次握手
网络层的IP有不稳定性。与硬件紧密连接
传输层有两种方式
1、对这种不稳定 采用完全不弥补 -- UDP 无连接的不可靠报文传输
2、完全弥补，发送数据报会有记录，没有接受到重发，就是tcp，面向连接的可靠的数据报传递
TCP如何保证呢：
面向连接：数据报传递之前，在发送端和接收端建立一个通路，用TCP发送数据他的通路是相同的，建立通路过程就是TCP三次握手，解除链接就是四次握手
在这个例子中，首先客户端主动发起连接、发送请求，然后服务器端响应请求，然后客户端主动关闭连接。两条竖线表示通讯的两端，从上到下表示时间的先后顺序，注意，数据从一端传到网络的另一端也需要时间，所以图中的箭头都是斜的。双方发送的段按时间顺序编号为1-10，各段中的主要信息在箭头上标出，例如段2的箭头上标着SYN, 8000(0), ACK1001, ，表示该段中的SYN位置1，32位序号是8000，该段不携带有效载荷（数据字节数为0），ACK位置1，32位确认序号是1001，带有一个mss（Maximum Segment Size，最大报文长度）选项值为1024。
建立连接（三次握手）的过程：
- 客户端发送一个带SYN标志的TCP报文到服务器。这是三次握手过程中的段1。
客户端发出段1，SYN位表示连接请求。序号是1000，这个序号在网络通讯中用作临时的地址，每发一个数据字节，这个序号要加1，这样在接收端可以根据序号排出数据包的正确顺序，也可以发现丢包的情况，另外，规定SYN位和FIN位也要占一个序号，这次虽然没发数据，但是由于发了SYN位，因此下次再发送应该用序号1001。mss表示最大段尺寸，如果一个段太大，封装成帧后超过了链路层的最大帧长度，就必须在IP层分片，为了避免这种情况，客户端声明自己的最大段尺寸，建议服务器端发来的段不要超过这个长度。
2、服务器端回应客户端，是三次握手中的第2个报文段，同时带ACK标志和SYN标志。它表示对刚才客户端SYN的回应；同时又发送SYN给客户端，询问客户端是否准备好进行数据通讯。
服务器发出段2，也带有SYN位，同时置ACK位表示确认，确认序号是1001，表示“我接收到序号1000及其以前所有的段，请你下次发送序号为1001的段”，也就是应答了客户端的连接请求，同时也给客户端发出一个连接请求，同时声明最大尺寸为1024。
3、客户必须再次回应服务器端一个ACK报文，这是报文段3。
客户端发出段3，对服务器的连接请求进行应答，确认序号是8001。在这个过程中，客户端和服务器分别给对方发了连接请求，也应答了对方的连接请求，其中服务器的请求和应答在一个段中发出，因此一共有三个段用于建立连接，称为“三方握手（three-way-handshake）”。在建立连接的同时，双方协商了一些信息，例如双方发送序号的初始值、最大段尺寸等。
在TCP通讯中，如果一方收到另一方发来的段，读出其中的目的端口号，发现本机并没有任何进程使用这个端口，就会应答一个包含RST位的段给另一方。例如，服务器并没有任何进程使用8080端口，我们却用telnet客户端去连接它，服务器收到客户端发来的SYN段就会应答一个RST段，客户端的telnet程序收到RST段后报告错误Connection refused：
$ telnet 192.168.0.200 8080
Trying 192.168.0.200...
telnet: Unable to connect to remote host: Connection refused
数据传输的过程：
- 客户端发出段4，包含从序号1001开始的20个字节数据。
- 服务器发出段5，确认序号为1021，对序号为1001-1020的数据表示确认收到，同时请求发送序号1021开始的数据，服务器在应答的同时也向客户端发送从序号8001开始的10个字节数据，这称为piggyback。
- 客户端发出段6，对服务器发来的序号为8001-8010的数据表示确认收到，请求发送序号8011开始的数据。
在数据传输过程中，ACK和确认序号是非常重要的，应用程序交给TCP协议发送的数据会暂存在TCP层的发送缓冲区中，发出数据包给对方之后，只有收到对方应答的ACK段才知道该数据包确实发到了对方，可以从发送缓冲区中释放掉了，如果因为网络故障丢失了数据包或者丢失了对方发回的ACK段，经过等待超时后TCP协议自动将发送缓冲区中的数据包重发。
关闭连接（四次握手）的过程：
由于TCP连接是全双工的，因此每个方向都必须单独进行关闭。这原则是当一方完成它的数据发送任务后就能发送一个FIN来终止这个方向的连接。收到一个 FIN只意味着这一方向上没有数据流动，一个TCP连接在收到一个FIN后仍能发送数据。首先进行关闭的一方将执行主动关闭，而另一方执行被动关闭。
- 客户端发出段7，FIN位表示关闭连接的请求。
- 服务器发出段8，应答客户端的关闭连接请求。
- 服务器发出段9，其中也包含FIN位，向客户端发送关闭连接请求。
- 客户端发出段10，应答服务器的关闭连接请求。
建立连接的过程是三方握手，而关闭连接通常需要4个段，服务器的应答和关闭连接请求通常不合并在一个段中，因为有连接半关闭的情况，这种情况下客户端关闭连接之后就不能再发送数据给服务器了，但是服务器还可以发送数据给客户端，直到服务器也关闭连接为止。
TCP丢了包会重发，UDP不会重发
TCP滑动窗口
作用：流量控制，防止数据包发送过快，处理过慢，造成数据丢失
发送端发送的速度较快，接收端接收到数据后处理的速度较慢，而接收缓冲区的大小是固定的，就会丢失数据。TCP协议通过“滑动窗口（Sliding Window）”机制解决这一问题。看下图的通讯过程：
- 发送端发起连接，声明最大段尺寸是1460，初始序号是0，窗口大小是4K，表示“我的接收缓冲区还有4K字节空闲，你发的数据不要超过4K”。接收端应答连接请求，声明最大段尺寸是1024，初始序号是8000，窗口大小是6K。发送端应答，三方握手结束。
- 发送端发出段4-9，每个段带1K的数据，发送端根据窗口大小知道接收端的缓冲区满了，因此停止发送数据。
- 接收端的应用程序提走2K数据，接收缓冲区又有了2K空闲，接收端发出段10，在应答已收到6K数据的同时声明窗口大小为2K。
- 接收端的应用程序又提走2K数据，接收缓冲区有4K空闲，接收端发出段11，重新声明窗口大小为4K。
- 发送端发出段12-13，每个段带2K数据，段13同时还包含FIN位。
- 接收端应答接收到的2K数据（6145-8192），再加上FIN位占一个序号8193，因此应答序号是8194，连接处于半关闭状态，接收端同时声明窗口大小为2K。
- 接收端的应用程序提走2K数据，接收端重新声明窗口大小为4K。
- 接收端的应用程序提走剩下的2K数据，接收缓冲区全空，接收端重新声明窗口大小为6K。
- 接收端的应用程序在提走全部数据后，决定关闭连接，发出段17包含FIN位，发送端应答，连接完全关闭。
上图在接收端用小方块表示1K数据，实心的小方块表示已接收到的数据，虚线框表示接收缓冲区，因此套在虚线框中的空心小方块表示窗口大小，从图中可以看出，随着应用程序提走数据，虚线框是向右滑动的，因此称为滑动窗口。
从这个例子还可以看出，发送端是一K一K地发送数据，而接收端的应用程序可以两K两K地提走数据，当然也有可能一次提走3K或6K数据，或者一次只提走几个字节的数据。也就是说，应用程序所看到的数据是一个整体，或说是一个流（stream），在底层通讯中这些数据可能被拆成很多数据包来发送，但是一个数据包有多少字节对应用程序是不可见的，因此TCP协议是面向流的协议。而UDP是面向消息的协议，每个UDP段都是一条消息，应用程序必须以消息为单位提取数据，不能一次提取任意字节的数据，这一点和TCP是很不同的。
MSS：maximum segment size，最大分节大小，为TCP数据包每次传输的最大数据分段大小，一般由发送端向对端TCP通知对端在每个分节中能发送的最大TCP数据。MSS值为MTU值减去IPv4 Header（20 Byte）和TCP header（20 Byte）得到。
分片：若一IP数据报大小超过相应链路的MTU的时候，IPV4和IPV6都执行分片(fragmentation)，各片段到达目的地前通常不会被重组(re-assembling)。IPV4主机对其产生的数据报执行分片，IPV4路由器对其转发的数据也执行分片。然而IPV6只在数据产生的主机执行分片；IPV6路由器对其转发的数据不执行分片。
win 窗口大小（表示客户端上用来存储从服务器发送来的传入段的缓冲区的大小）。
半关闭，一方断开，一方仍然建立连接，连接这段还可以发送，关闭端也可以接受，但不可发送
1000和1001在TCP的序号的确认序号 建立连接的标志位在TCP数据包的标志位中
6、协议上限分析
IP：上限65536
以太网最多1500
一个数据包如果有60000，就把这个包拆分开，分几个包发送
7、多进程并发服务器
一个service面对多个client时，可以建立几个子进程，让子进程去接收处理别的client,父进程去揽活
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<arpa/inet.h>
#include<ctype.h>
#include<strings.h>
#include<sys/wait.h>
#include"wrap.h"
#define SERV_PORT 8888
//#define SERV_IP "192.668.42.100"
void wait_child(int singo)
{
while(waitpid(0,NULL,WNOHANG)>0);
return ;
}
int main(void)
{
int lfd,cfd;
struct sockaddr_in serv_addr,clieaddr;
socklen_t clie_addr_len;
lfd = Socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
pid_t pid;
char buf[BUFSIZ],clie_IP[BUFSIZ];
int n,i;
bzero(&serv_addr,sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(SERV_PORT);
serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
//inet_pton(AF_INET,"192.168.1.100",serv_addr.sin_addr.s_addr);
Bind(lfd,(struct socketaddr *)&serv_addr,sizeof(serv_addr));
Listen(lfd,128);
while(1)
{
clie_addr_len = sizeof(clieaddr);
cfd = Accept(lfd,(struct sockaddr *)&clieaddr,&clie_addr_len);
printf("client IP:%s,port:%d\n",inet_ntop(AF_INET,&clieaddr.sin_addr.s_addr,clie_IP,sizeof(clie_IP)),ntohs(clieaddr.sin_port));
pid = fork();
if(pid <0)
{
perror("fork error");
exit(1);
}
else if(pid == 0)
{
close(lfd);
break;
}
else
{
close(cfd);
signal(SIGCHLD,wait_child);
}
}
if(pid == 0)
{
while(1)
{
n = Read(cfd,buf,sizeof(buf));
if(n == 0)
{
close(cfd);
return 0;
}
else if(n == -1)
{
perror("read error");
exit(1);
}
else
{
for(i =0;i<n;i++)
{
buf[i] = toupper(buf[i]);
}
write(cfd,buf,n);
}
}
多线程实现
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <pthread.h>
#include <ctype.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include "wrap.h"
#define MAXLINE 8192
#define SERV_PORT 8000
struct s_info { //定义一个结构体, 将地址结构跟cfd捆绑
struct sockaddr_in cliaddr;
int connfd;
};
void *do_work(void *arg)
{
int n,i;
struct s_info *ts = (struct s_info*)arg;
char buf[MAXLINE];
char str[INET_ADDRSTRLEN]; //#define INET_ADDRSTRLEN 16 可用"[+d"查看
while (1) {
n = Read(ts->connfd, buf, MAXLINE); //读客户端
if (n == 0) {
printf("the client %d closed...\n", ts->connfd);
break; //跳出循环,关闭cfd
}
printf("received from %s at PORT %d\n",
inet_ntop(AF_INET, &(*ts).cliaddr.sin_addr, str, sizeof(str)),
ntohs((*ts).cliaddr.sin_port)); //打印客户端信息(IP/PORT)
for (i = 0; i < n; i++)
buf[i] = toupper(buf[i]); //小写-->大写
Write(STDOUT_FILENO, buf, n); //写出至屏幕
Write(ts->connfd, buf, n); //回写给客户端
}
Close(ts->connfd);
return (void *)0;
}
int main(void)
{
struct sockaddr_in servaddr, cliaddr;
socklen_t cliaddr_len;
int listenfd, connfd;
pthread_t tid;
struct s_info ts[256]; //根据最大线程数创建结构体数组.
int i = 0;
listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); //创建一个socket, 得到lfd
bzero(&servaddr, sizeof(servaddr)); //地址结构清零
servaddr.sin_family = AF_INET;
servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //指定本地任意IP
servaddr.sin_port = htons(SERV_PORT); //指定端口号 8000
Bind(listenfd, (struct sockaddr *)&servaddr, sizeof(servaddr)); //绑定
Listen(listenfd, 128); //设置同一时刻链接服务器上限数
printf("Accepting client connect ...\n");
while (1) {
cliaddr_len = sizeof(cliaddr);
connfd = Accept(listenfd, (struct sockaddr *)&cliaddr, &cliaddr_len); //阻塞监听客户端链接请求
ts[i].cliaddr = cliaddr;
ts[i].connfd = connfd;
/* 达到线程最大数时，pthread_create出错处理, 增加服务器稳定性 */
pthread_create(&tid, NULL, do_work, (void*)&ts[i]);
pthread_detach(tid); //子线程分离,防止僵线程产生.
i++;
}
return 0;
}