《UNIX网络编程 卷1：套接字联网API》读书笔记（一）：网络编程简介

概述

　　要编写通过计算机网络通信的程序，首先要确定这些程序相互通信所用的协议。大多数网络是按照划分成客户和服务器来组织的。本章及后续章节的焦点是TCP/IP协议族，也可称为网际协议族。下图为客户与服务器使用TCP在同一个以太网中通信：

图1.1 客户与服务器使用TCP在同一个以太网进行通信

　　同一网络中的客户机与服务器无需出于同局域网，上图1.1所示的是同一个局域网。下图1.2所示的是处于不同局域网的客户机与服务器，这两个局域网通过使用路由器连接到广域网。

 

图1.2 出于不同局域网的客户主机与服务器主机通过广域网进行连接

　　如今讨论Unix是经常使用POSIC一词，它是一种被多数厂商采纳的标准。

一个简单的时间获取客户程序

//    该头文件包含了大部分网络程序都需要的许多系统头文件
#include    "unp.h"

//    main函数定义，其形式参数就是命令行参数
int
main(int argc, char **argv)
{
    int                    sockfd, n;
    char                recvline[MAXLINE + 1];
    struct sockaddr_in    servaddr;

    if (argc != 2)
        err_quit("usage: a.out <IPaddress>");

//    socket函数创建一个网际（AF_INET）字节流（SOCK_STREAM）套接字，该函数返回一个小整数描述符。如果socket函数调用失败，调用err_sys函数放弃程序运行
    if ( (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)) < 0)
        err_sys("socket error");

//    把IP地址和端口号填入一个网际套接字地址结构（一个名为servadrr的sockdrr_in结构变量），使用bzero把整个结构清零
    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
//    置地址族为AF_INET,端口号为13，IP地址为第一个命令行参数的值（argv[1]）
//    网际套接字结构中IP地址和端口号必须使用特定格式，为此调用库函数htons去转换二进制端口号，又调用inet_pton去把ASCII命令行参数转换为合适的格式
    servaddr.sin_family = AF_INET;
    servaddr.sin_port   = htons(13);    /* daytime server */    
    if (inet_pton(AF_INET, argv[1], &servaddr.sin_addr) <= 0)
        err_quit("inet_pton error for %s", argv[1]);

//    connect函数应用于TCP套接字时，将由它的第二个参数指向套接字地址结构指定的服务器建立一个TCP连接
//    套接字地址结构的长度必须作为该函数的第三个参数指定
    if (connect(sockfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr)) < 0)
        err_sys("connect error");

//    使用read函数读取服务器的应答，并用标准I/O函数fputs输出结果
//    把read放在循环以便读取完数据，当read返回0或者负数时终止循环
    while ( (n = read(sockfd, recvline, MAXLINE)) > 0) {
        recvline[n] = 0;    /* null terminate */
        if (fputs(recvline, stdout) == EOF)
            err_sys("fputs error");
    }
    if (n < 0)
        err_sys("read error");

//    终止程序运行
    exit(0);
}

 

　　

　　我们从官网www.unpcook.com下载源代码unpv13e.tar.gz。解压后进入文件夹。我的是Ubuntu系统。根据文件夹中Readme的提示输入相应的命令。

 

redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e$ ./configure    

redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e$ cd ./lib
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/lib$ make


redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e$ cd ./libfree
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/libfree$ make
//    如果报错如下，则需要在当前目录下打开inet_ntop.c文件
//    将第60行的size_t size修改为socklen_t size 然后保存
//    重新输入make后不报错即可

gcc -I../lib -g -O2 -D_REENTRANT -Wall   -c -o inet_ntop.o inet_ntop.c  
inet_ntop.c: In function ‘inet_ntop’:  
inet_ntop.c:60:9: error: argument ‘size’ doesn’t match prototype  
  size_t size;  
         ^  
In file included from inet_ntop.c:27:0:  
/usr/include/arpa/inet.h:64:20: error: prototype declaration  
 extern const char *inet_ntop (int __af, const void *__restrict __cp,  
                    ^  
make: *** [inet_ntop.o] Error 1  


redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/libfree$ cd ../libgai
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/libgai$ make
//    以下的warning不用理会
/usr/include/arpa/inet.h: In function ‘inet_ntop’:  
inet_ntop.c:152:23: warning: ‘best.len’ may be used uninitialized in this function [-Wmaybe-uninitialized]  
   if (best.base == -1 || cur.len > best.len)  
                       ^  
inet_ntop.c:123:28: note: ‘best.len’ was declared here  
  struct { int base, len; } best, cur;  
                            ^  
gcc -I../lib -g -O2 -D_REENTRANT -Wall   -c -o inet_pton.o inet_pton.c  
ar rv ../libunp.a in_cksum.o inet_ntop.o inet_pton.o  
a - in_cksum.o  
a - inet_ntop.o  
a - inet_pton.o  
ranlib ../libunp.a  

//    用root权限将以上编译生成的libunp.a 文件复制到/usr/lib目录中

redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/libgai$ cd ..
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e$ sudo cp libunp.a /usr/lib
[sudo] redhat 的密码： 

//    打开unp.h文件将其中的#include "../config.h" 改成 #include "config.h"
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e$ vim lib/unp.h 

//    进入intro目录编译客户端文件并用root权限运行
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e$ cd intro/
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/intro$  make daytimetcpcli
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/intro$  sudo ./daytimetcpcli 127.0.0.1
//    错误提示无法连接
connect error: Connection refused

//    我们先打开服务器
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/intro$ make daytimetcpsrv
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/intro$ sudo ./daytimetcpsrv

//    然后再打开另一个终端，在那里再运行客户端即可
redhat@redhat-virtual-machine:~/桌面/unpv13e/intro$ sudo ./daytimetcpcli 127.0.0.1
[sudo] redhat 的密码： 
Mon Dec 25 21:00:36 2017

 　　

　　上面提到了客户端获取时间的程序代码，下面为服务器端的程序。

#include    "unp.h"
#include    <time.h>

int
main(int argc, char **argv)
{
    int                    listenfd, connfd;
    struct sockaddr_in    servaddr;
    char                buff[MAXLINE];
    time_t                ticks;

    listenfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

    //    填写一个网际套接字地址结构并调用bind函数，把服务器的端口捆绑到所创建的套接字中

    bzero(&servaddr, sizeof(servaddr));
    servaddr.sin_family      = AF_INET;
    servaddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
    servaddr.sin_port        = htons(13);    /* daytime server */

    Bind(listenfd, (SA *) &servaddr, sizeof(servaddr));
    
    //    调用listen函数把该套接字转换成一个监听套接字，使来自客户端的连接可以在该套接字上由内核接受
    //    socket、bind、listen这三个函数调用步骤是任何tcp服务器准备监听描述符的正常步骤
    //    LISTENQ定义在头文件中，它指定系统内核允许在这个监听描述副符上排队的最大客户连接数

    Listen(listenfd, LISTENQ);

    //    服务器进程在accept调用中被投入睡眠，等待客户的连接
    //    TCP连接的三次握手完毕时accept返回，其返回值是一个被称为已连接描述符的新描述符    
    for ( ; ; ) {
        connfd = Accept(listenfd, (SA *) NULL, NULL);

    //    time函数获取当前时间，ctime函数把时间转换成直观可读的时间格式
        ticks = time(NULL);
    
    //    snprintf函数在这个字符串末尾添加一个回车符和一个换行符
    //    write函数把结果字符串写给客户

        snprintf(buff, sizeof(buff), "%.24s\r\n", ctime(&ticks));
        Write(connfd, buff, strlen(buff));
    //    终止连接
        Close(connfd);
    }
}