Linux实验八：流式套接字编程

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一、实验目的

1、深入理解 TCP/IP 模型相关概念；
2、掌握流式套接字 socket 相关的数据结构，如 sokkaddr，sockaddr_in 等；
3、掌握流式套接字通讯时常用的函数，如 socket，connect，listen，accept 等。

二、实验内容

在网络环境中使用流式套接字完成以下内容：客户端进程 A 向服务器进程 B 发送一个字符，Ｂ进程将接收到 A 进程的字符，反之亦然。

实验的主要内容是编写一个TCP客户端程序，该程序能够连接到指定的服务器地址和端口，发送用户输入的消息，并接收服务器的回复。在这个过程中，我们需要完成以下关键步骤：

1. 创建套接字：利用socket()函数创建一个TCP套接字。
2. 设置服务器地址：配置服务器的IP地址和端口号。
3. 连接服务器：使用connect()函数连接到服务器。
4. 数据交互：通过write()和read()函数实现与服务器的数据交换。
5. 关闭套接字：在通信结束后，关闭套接字释放资源。

三、实验环境

虚拟机软件：VMware 16 Pro
Linux操作系统版本：CentOS-7-64位

四、参考代码

blockserver.c

1. #include <stdio.h>
2. #include <string.h>
3. #include <sys/types.h>
4. #include <sys/socket.h>
5. #include <netinet/in.h>
7. #define BUFSIZE 1024
8. #define PORT 5058
10. int main(int argc, char *argv[]){
11. int listen_fd, client_fd;
12. struct sockaddr_in server_addr,client_addr;
13. ssize_t server_len, client_len ;
14. char buffer[BUFSIZE];
15. int real_read = -1;
17. memset(buffer, BUFSIZE, 0);
19. // create socket, socket just like file descriptor
20. listen_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
21. server_addr.sin_family = AF_INET;
22. server_addr.sin_port = htons(PORT);
23. server_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
24. server_len = sizeof(struct sockaddr_in);
26. // bind listen_fd and server socket address
27. bind(listen_fd, (struct sockaddr *) &server_addr, server_len);
29. // set listen queue
30. listen(listen_fd, 5);
31. // wait for client to connect
32. // note: accept's third argment is client socket address's pointer
33. client_len = sizeof(struct sockaddr_in);
34. client_fd = accept(listen_fd, (struct sockaddr *) &client_addr, &client_len);
36. while(1){
37. real_read = read(client_fd, buffer, BUFSIZE);
38. printf("FROM CLIENT: %s", buffer);
39. if( strncmp(buffer,"END",3) == 0)
40. break;
41. fgets(buffer, BUFSIZE,stdin);
42. write(client_fd, buffer,real_read); // echo
43. memset(buffer,BUFSIZE, 0);
44. }
46. close(client_fd);
47. close(listen_fd);
48. return 0;
49. }

复制代码

blockclient.c

1. #include <stdio.h>
2. #include <string.h>
3. #include <sys/socket.h>
4. #include <sys/types.h>
5. #include <netinet/in.h>
6. #include <arpa/inet.h>
7. #include <unistd.h>
9. #define BUFSIZE 1024
10. #define PORT 5058
12. int main(int argc, char* argv[]){
13. int server_fd;
14. struct sockaddr_in server_addr;
15. char buffer[BUFSIZE];
17. memset(buffer, BUFSIZE, 0);
18. server_addr.sin_family = AF_INET;
19. // string -> struct in_addr
20. server_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
21. server_addr.sin_port = htons(PORT);
23. // create client socket
24. server_fd = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
26. // connect server
27. connect(server_fd,(struct sockaddr *) &server_addr, sizeof(server_addr));
29. while(1){
30. fgets(buffer, BUFSIZE,stdin);
31. write(server_fd, buffer, BUFSIZE);
32. if(strncmp(buffer,"END",3)==0)
33. break;
35. memset(buffer, BUFSIZE, 0);
36. read(server_fd,buffer,BUFSIZE);
37. printf("From Server: %s",buffer);
38. }
40. close(server_fd);
41. return 0;
42. }

复制代码

五、实验步骤

步骤1. 编辑源代码blockserver.c和blockclient.c

源代码blockserver.c和blockclient.c内容见上述参考代码。

1. mkdir test8
2. cd test8
3. vim blockserver.c
4. vim blockclient.c

复制代码

源代码blockserver.c：

  首先，定义了缓冲区大小BUFSIZE和服务器监听的端口号PORT。定义了监听套接字listen_fd和客户端套接字client_fd，以及服务器地址server_addr和客户端地址client_addr结构体。buffer数组用于存储接收和发送的数据，real_read用于记录实际读取的字节数。
  接着，使用memset函数将buffer数组的所有元素初始化为0。创建一个 TCP 套接字，并将其文件描述符存储在listen_fd中。设置服务器地址结构体server_addr的成员，包括地址族为 IPv4 (AF_INET)，端口号为PORT，IP 地址为任意可用地址 (INADDR_ANY)。将listen_fd套接字与指定的server_addr绑定，使服务器能够接收客户端连接请求。
  然后，开始监听传入的连接请求，允许最多5个等待连接的队列。接受客户端的连接请求，并创建一个新的套接字client_fd用于与客户端通信。此函数会阻塞程序直到有客户端连接进来。处理通信，在一个无限循环中，服务器从client_fd套接字读取数据到buffer中。如果接收到的数据是 “END”，则退出循环。然后从标准输入 (stdin) 获取数据并将其写回client_fd套接字，实现了简单的回显功能。
  最后，在程序结束时关闭client_fd和listen_fd套接字，释放资源。

源代码blockclient.c：

  首先，定义了缓冲区大小BUFSIZE和服务器监听的端口号PORT。声明了服务器套接字server_fd、服务器地址结构体server_addr和用于存储消息的缓冲区buffer。使用memset将buffer初始化为0。
  接着设置了服务器地址结构体server_addr的成员：地址族为 IPv4 (AF_INET)，服务器 IP 地址为本地回环地址127.0.0.1，端口为PORT。创建了 TCP 套接字server_fd，并使用connect函数连接到指定的服务器地址和端口。
  然后，在一个无限循环中，程序通过fgets获取用户输入的消息存入buffer，然后使用write函数将消息发送给服务器。如果用户输入了 “END”，则退出循环。接着使用read函数读取服务器的响应，将响应打印到控制台。
  最后，在程序结束时关闭客户端套接字server_fd，释放资源。

步骤2. 编译源代码blockserver.c和blockclient.c

1. gcc blockserver.c -o blockserver -g
2. gcc blockclient.c -o blockclient -g

复制代码

步骤3. 运行可执行程序blockserver和blockclient

在第一个终端中，运行blockserver可执行文件。

1. ./blockserver

复制代码

在第二个终端中，运行blockclient可执行文件。

1. ./blockclient

复制代码

接下来，分别在服务端和客户端中输入一些字符串，都能互相接收到信息。

六、实验结果

运行结果如下：

七、实验总结

  在本次实验中，我们深入学习了如何在Linux环境下使用流式套接字（TCP套接字）来进行客户端-服务器通信。通过编写一个简单的TCP客户端程序，我们不仅掌握了基础的网络编程知识，还体验了实际动手编程的乐趣和挑战。
  在实验过程中，我首先熟悉了流式套接字的基本概念和相关系统调用。通过查阅资料和阅读代码示例，我逐步理解了每个函数的作用及其参数的含义。例如，socket()函数用于创建套接字，connect()函数用于建立连接，write()和read()函数分别用于发送和接收数据。
  在编写客户端程序时，遇到的第一个挑战是如何正确设置服务器地址结构体sockaddr_in。通过仔细阅读文档并结合代码示例，我了解到需要设置地址族为AF_INET，IP地址可以使用inet_addr()函数转换，端口号则通过htons()函数转换为网络字节序。
  另一个挑战是处理与服务器的通信。在实现循环发送和接收消息时，我学会了使用fgets()来获取用户输入，并通过strncmp()函数判断是否输入了“END”从而决定是否退出循环。同时，通过反复测试和调试，确保程序能够正确地发送和接收数据，并处理可能的错误情况。