Linux操作系統

三、實驗內容

編寫Linux下TCP服務器套接字程序，程序運行時服務器等待客戶的連接，一旦連接成功，則顯示客戶的IP地址、端口號，并向客戶端發送字符串。

四、實驗原理

使用TCP套接字編程可以實現基于TCP/IP協議的面向連接的通信，它分為服務器端和客戶端兩部分，其主要實現過程如圖1.1所示。

    圖1.1 TCP客戶/服務器的套接字函數

１、socket函數：為了執行網絡輸入輸出，一個進程必須做的第一件事就是調用socket函數獲得一個文件描述符。

　　第一個參數指明了協議簇，目前支持5種協議簇，最常用的有AF_INET(IPv4協議)和AF_INET6(IPv6協議)；第二個參數指明套接口類型，有三種類型可選：SOCK_STREAM(字節流套接口)、SOCK_DGRAM(數據報套接口)和SOCK_RAW(原始套接口)；如果套接口類型不是原始套接口，那么第三個參數就為0。

２、connect函數：當用socket建立了套接口后，可以調用connect為這個套接字指明遠程端的地址；如果是字節流套接口，connect就使用三次握手建立一個連接；如果是數據報套接口，connect僅指明遠程端地址，而不向它發送任何數據。

　　第一個參數是socket函數返回的套接口描述字；第二和第三個參數分別是一個指向套接口地址結構的指針和該結構的大小。

這些地址結構的名字均已“sockaddr_”開頭，并以對應每個協議族的唯一后綴結束。以IPv4套接口地址結構為例，它以“sockaddr_in”命名，定義在頭文件<netinet/in.h>；以下是結構體的內容：

３、bind函數：為套接口分配一個本地IP和協議端口，對于網際協議，協議地址是32位IPv4地址或128位IPv6地址與16位的TCP或UDP端口號的組合；如指定端口為0，調用bind時內核將選擇一個臨時端口，如果指定一個通配IP地址，則要等到建立連接后內核才選擇一個本地IP地址。

　　第一個參數是socket函數返回的套接口描述字；第二和第第三個參數分別是一個指向特定于協議的地址結構的指針和該地址結構的長度。

４、listen函數：listen函數僅被TCP服務器調用，它的作用是將用sock創建的主動套接口轉換成被動套接口，并等待來自客戶端的連接請求。

　　第一個參數是socket函數返回的套接口描述字；第二個參數規定了內核為此套接口排隊的最大連接個數。由于listen函數第二個參數的原因，內核要維護兩個隊列：以完成連接隊列和未完成連接隊列。未完成隊列中存放的是TCP連接的三路握手為完成的連接，accept函數是從以連接隊列中取連接返回給進程；當以連接隊列為空時，進程將進入睡眠狀態。

５、accept函數：accept函數由TCP服務器調用，從已完成連接隊列頭返回一個已完成連接，如果完成連接隊列為空，則進程進入睡眠狀態。

第一個參數是socket函數返回的套接口描述字；第二個和第三個參數分別是一個指向連接方的套接口地址結構和該地址結構的長度；該函數返回的是一個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參數置為空。

6、write和read函數：當服務器和客戶端的連接建立起來后，就可以進行數據傳輸了，服務器和客戶端用各自的套接字描述符進行讀/寫操作。因為套接字描述符也是一種文件描述符，所以可以用文件讀/寫函數write()和read()進行接收和發送操作。

（1）write()函數用于數據的發送。

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

參數sockfd是套接字描述符，對于服務器是accept()函數返回的已連接套接字描述符，對于客戶端是調用socket()函數返回的套接字描述符；參數buf是指向一個用于發送信息的數據緩沖區；len指明傳送數據緩沖區的大小。

（2）read()函數用于數據的接收。

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

參數sockfd是套接字描述符，對于服務器是accept()函數返回的已連接套接字描述符，對于客戶端是調用socket()函數返回的套接字描述符；參數buf是指向一個用于接收信息的數據緩沖區；len指明接收數據緩沖區的大小。

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

（1）send()函數用于數據的發送。

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

前3個參數與write()相同，參數flags是傳輸控制標志。

（2）recv()函數用于數據的發送。

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

前3個參數與read()相同，參數flags是傳輸控制標志。

五、實驗步驟

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

2、在tcpserver.c中編寫服務器端程序代碼并保存。

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

4、執行命令gcc –o tcpserver tcpserver.c生成可執行文件tcpserver。

5、執行命令./ tcpserver，觀察結果。

6、認真分析源代碼，體會如何編寫一個TCP服務器端程序。

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.