基于linux系统的CS模型实现

（一） CS模型

也就是TCP的客户/服务器模型，我们这里用一个简单的回射客户/服务器模型来进行模拟验证。客户发送数据，服务器接收到数据，并将数据原封不动的返回给客户端。

（二）用到的函数

1.socket()函数

1）函数原型：
int socket(int domain, int type, int protocol);
2）功能：
创建一个套接字用于通信。
3）参数：
1.domain：即协议域，又称为协议族（family）：

2.type：指定socket类型：常用的socket类型有，SOCK_STREAM(流式套接字)、SOCK_DGRAM(数据包套接字)。

3.protocol：公共协议;
常用的公共协议有，IPPROTO_TCP、IPPTOTO_UDP、IPPROTO_SCTP、IPPROTO_TIPC等，它们分别对应TCP传输协议、UDP传输协议、STCP传输协议、TIPC传输协议。

注意：上面的type和protocol不是可以随意组合的，如SOCK_STREAM不可以跟IPPROTO_UDP组合。当protocol为0时，会自动选择type类型对应的默认协议。

4.返回值：成功返回非负，失败返回-1。
5.errno
函数socket()并不总是执行成功，有可能会出现错误，错误的产生有多种原因，可以通过errno获得：

2.bind()函数

1）作用：将特定的ip地址，port端口号绑定到socket上；bind()函数把一个地址族中的特定地址赋给socket。如对应AF_INET、AF_INET6就是把一个ipv4或ipv6地址和端口号组合赋给socket。将socket与你本机上的一个端口相关联（往往当你在设计服务器端程序时需要调用该函数。随后你就可以在该端口监听服务请求;而客户端一般无须调用该函数）。

2）原型：
int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

3）参数：
1.sockfd：即socket描述字：
它是通过socket()函数创建了，唯一标识一个socket。

addr：一个const struct sockaddr *指针，指向要绑定给sockfd的协议地址，包含有关你的地址的信息：名称、端口和IP 地址。这个地址结构根据地址创建socket时的地址协议族的不同而不同。
如ipv4对应的是： 
struct sockaddr_in {
sa_family_t    sin_family; 
in_port_t      sin_port;   
struct in_addr sin_addr;   /* internet address */
//通常设定设定sin_addr为INADDR_ANY（表示任意的意思）
};

/* Internet address. */
/*sin_addr结构体中只有一个唯一的字段s_addr，表示IP地址，该字段是一个整数，一般用函数inet_addr（）把字符串形式的IP地址转换成unsigned long型的整数值后再置给s_addr。*/
struct in_addr {
uint32_t       s_addr;    
};

可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号： 
my_addr.sin_port = 0;  /* 系统随机选择一个未被使用端口号 */ 
my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;  /* 填入本IP地址 */ 

 注意：
 1.服务程序在为其socket绑定IP地址时可以把htonl(INADDR_ANY)置给s_addr，这样做的好处是不论哪个网段上的客户程序都能与该服务程序通信；
 2.如果只给运行在多宿主机上的服务程序的socket绑定一个固定的IP地址，那么就只有与该IP地址处于同一个网段上的客户程序才能与该服务程序通信。

ipv6对应的是： 
struct sockaddr_in6 { 
sa_family_t     sin6_family;   /* AF_INET6 */ 
in_port_t       sin6_port;     /* port number */ 
uint32_t        sin6_flowinfo; /* IPv6 flow information */ 
struct in6_addr sin6_addr;     /* IPv6 address */ 
uint32_t        sin6_scope_id; /* Scope ID (new in 2.4) */ 
};

struct in6_addr { 
unsigned char   s6_addr[16];   /* IPv6 address */ 
};

Unix域对应的是： 
#define UNIX_PATH_MAX    108
struct sockaddr_un { 
sa_family_t sun_family;               /* AF_UNIX */ 
char        sun_path[UNIX_PATH_MAX];  /* pathname */ 
};

3）addrlen：对应的是地址的长度。

4）通常服务器在启动的时候都会绑定一个众所周知的地址（如ip地址+端口号），用于提供服务，客户就可以通过它来接连服务器；客户端就不用指定，有系统自动分配一个端口号和自身的ip地址组合。这就是为什么通常服务器端在listen之前会调用bind()，而客户端就不会调用，而是在connect()时由系统随机生成一个。

5）返回值：
bind()函数在成功被调用时返回0，当bind()函数调用错误的时候，它也是返回–1 作为错误发生的标志。errn 的值为错误代码。小于1024 的所有端口都是保留下来作为系统使用端口的，没有root 权利无法使用。你可以使用1024 以上的任何端口，一直到65535。调用bind（）的常见错误是EADDRINUSE，即指定的地址正在使用，主要是指定的端口号被使用了，IP地址可以被多个进程使用，但端口在同一时刻只能被一个进程使用。

6）bind范例：
下面是一个bind函数调用的例子：
struct sockaddr_in saddr;
memset((void *)&saddr,0,sizeof(saddr));
saddr.sin_family = AF_INET;
saddr.sin_port = htons(8888);
saddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); 
//saddr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.22.5"); 绑定固定IP
bind(ListenSocket,(struct sockaddr *)&saddr,sizeof(saddr));

3.网络字节序与主机字节序

（1）主机字节序：主机字节序就是我们平常说的大端和小端模式：不同的CPU有不同的字节序类型。这些字节序是指整数在内存中保存的顺序，这个叫做主机序。引用标准的Big-Endian和Little-Endian的定义如下：


a) Little-Endian就是低位字节排放在内存的低地址端，高位字节排放在内存的高地址端。如32位的十六进制数0x12345678存储在4个字节的内存中为：78存储在第一个字节，56存储在第二个字节，34为第三个字节，12为第四个字节。


b) Big-Endian就是高位字节排放在内存的低地址端，低位字节排放在内存的高地址端。如32位的十六进制数0x12345678存储在4个字节的内存中为：12存储在第一个字节，34存储在第二个字节，56为第三个字节，78为第四个字节。

注意：在将一个地址绑定到socket的时候，请先将主机字节序转换成为网络字节序，而不要假定主机字节序跟网络字节序一样使用的是Big-Endian。由于这个问题曾引发过血案！公司项目代码中由于存在这个问题，导致了很多莫名其妙的问题，所以请谨记对主机字节序不要做任何假定，务必将其转化为网络字节序再赋给socket。

htonl()：
1）原型：

2）背景：计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换。

几个字节顺序转换函数： 
htons()--"Host to Network Short" ; htonl()--"Host to Network Long" 
ntohs()--"Network to Host Short" ; ntohl()--"Network to Host Long"

4.listen()函数

1）原型：

2）作用：调用listen()来监听这个socket，如果客户端这时调用connect()发出连接请求，服务器端就会接收到这个请求。

3）参数：
sockfd 是一个套接字描述符，为要监听的socket描述字。
backlog相应socket可以排队的最大连接个数。backlog 具体一些是什么意思呢？每一个连入请求都要进入一个连入请求队列，等待listen 的程序调用accept()（accept()函数下面有介绍）函数来接受这个连接。当系统还没有调用accept()函数的时候，如果有很多连接，那么本地能够等待的最大数目就是backlog 的数值。

4）返回值：
listen()如果返回 –1 ，那么说明在listen()的执行过程中发生了错误。

5）注意：
socket()函数创建的socket默认是一个主动类型的，listen函数将socket变为被动类型的，等待客户的连接请求。

5.connect()函数

1）原型：
int connect (int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);

2）参数：
 sockfd ：套接字文件描述符，由socket()函数返回的，此中为客户端的sockfd。
 serv_addr 是一个存储远程计算机的IP 地址和端口信息的结构，一般为服务器的ip与port的结构。
 addrlen 应该是sizeof(struct sockaddr)。

3）作用：
客户端通过调用connect函数来建立与TCP服务器的连接。

6.accept()函数

过程1：TCP服务器端依次调用socket()、bind()、listen()之后，就会监听指定的socket地址了。TCP客户端依次调用socket()、connect()之后就想TCP服务器发送了一个连接请求。TCP服务器监听到这个请求之后，就会调用accept()函数取接收请求，这样连接就建立好了。之后就可以开始网络I/O操作了，即类同于普通文件的读写I/O操作。


过程2：
1.有人从很远很远的地方尝试调用connect()来连接你的机器上的某个端口（当然是你已经在listen()的）。
2.他的连接将被listen 加入等待队列等待accept()函数的调用（加入等待队列的最多数目由调用listen()函数的第二个参数backlog 来决定）。
3.你调用accept()函数，告诉他你准备连接。accept函数将回返回一个新的套接字描述符，这个描述符就代表了这个连接！


1）原型：
int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);

2）参数：
sockfd ：为服务器的socket描述字；
addr：存储着远程连接过来的计算机的信息（比如远程计算机的IP 地址和端口）。用于返回客户端的协议地址。
addrlen：sizeof(struct sockaddr_in)

3）返回值：
如果accpet成功，那么其返回值是由内核自动生成的一个全新的描述字，代表与返回客户的TCP连接。

4）注意：
1.accept的第一个参数为服务器的socket描述字，是服务器开始调用socket()函数生成的，称为监听socket描述字.
2.accept函数返回的是已连接的socket描述字.
3.一个服务器通常通常仅仅只创建一个监听socket描述字，它在该服务器的生命周期内一直存在。

服务器端代码&&客户端代码

服务器端代码

#include<unistd.h> 
#include<sys/socket.h> 
#include<netinet/in.h> 
#include<arpa/inet.h>
#include<stdio.h>

#include<stdlib.h>
#include<errno.h>
#include<string.h>
#define ERR_EXIT(m) \
    do \
    { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
    int main()
    {
    int listenfd;
    /*if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STEAM,IPPOTO_TCP))<0) */
    if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
        ERR_EXIT("socket");

    //IPV4地址结构
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family=AF_INET;//地址家族
    servaddr.sin_port=htons(5188);//端口，主机转网络
    /*servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");*/
    /*inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);*/
    servaddr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);

    if(bind(listenfd,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0)
        ERR_EXIT("bind");


    if(listen(listenfd,SOMAXCONN)<0)
        ERR_EXIT("listen");

    struct sockaddr_in peeraddr;
    socklen_t peerlen =sizeof(peeraddr);//typedef int socklen_t
    int conn;//已连接套接字
    if((conn=accept(listenfd,(struct sockaddr*)&peeraddr,&peerlen))<0)
        ERR_EXIT("accept");
    char recvbuf[1024];
    while(1){
        memset(recvbuf,0,sizeof(recvbuf));//初始化recvbuf
        int ret=read(conn,recvbuf,sizeof(recvbuf));//函数从打开的文件，设备中读取数据，返回读取的字节数。
        fputs(recvbuf,stdout);
        write(conn,recvbuf,ret);//buf中数据被复制到了TCP发送缓冲区
    }
    close(conn);
    close(listenfd);
    return 0;

}

客户端代码
    #include<unistd.h>
    #include<sys/types.h>
    #include<sys/socket.h>
    #include<netinet/in.h>
    #include<arpa/inet.h>

    #include<stdio.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<errno.h>
    #include<string.h>
    #define ERR_EXIT(m) \
    do \
    { \
        perror(m); \
        exit(EXIT_FAILURE); \
    } while(0)
    int main()
    {
    int sock;
    /*if((listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STEAM,IPPOTO_TCP))<0) */
    if((sock=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))<0)
        ERR_EXIT("socket");

    //IPV4地址结构
    struct sockaddr_in servaddr;
    memset(&servaddr,0,sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family=AF_INET;//地址家族
    servaddr.sin_port=htons(5188);//端口，主机转网络
    servaddr.sin_addr.s_addr=inet_addr("127.0.0.1");
    /*inet_aton("127.0.0.1",&servaddr.sin_addr);*/


    if(connect(sock,(struct sockaddr*)&servaddr,sizeof(servaddr))<0)
        ERR_EXIT("connect");

    char sendbuf[1024]={0};
    char recvbuf[1024]={0};
    while(fgets(sendbuf,sizeof(sendbuf),stdin) !=NULL){
        write(sock,sendbuf,strlen(sendbuf));//发送
        read(sock,recvbuf,sizeof(recvbuf));//接受
        fputs(recvbuf,stdout);
        memset(sendbuf,0,sizeof(sendbuf));
        memset(recvbuf,0,sizeof(recvbuf));
    }
    close(sock);
    return 0;

}

“`

基于linux系统的CS模型实现

服务器端代码&&客户端代码

SO_REUSEADDR用法

基於linux系統的CS模型實現

通信信號與系統分析（一）

socket編程之併發服務器(CS模型改進2)

Linux多線程編程（初步）

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結