02.07 TCP服务器与客户端的搭建

news/2025/2/9 1:32:34 标签: 服务器, 运维

一.思维导图

二.使用动态协议包实现服务器与客户端

1. 协议包的结构定义

首先，是协议包的结构定义。在两段代码中，pack_t结构体都被用来表示协议包：

typedef struct Pack {
    int size;        // 记录整个协议包的实际大小
    enum Type type;  // 协议包的类型
    char buf[2048];  // 存储实际数据
    int count;       // 记录buf中已使用的字节数
} pack_t;

enum Type定义了协议包的类型，例如TYPE_REGIST和TYPE_LOGIN，分别表示注册和登录操作。

2. 服务器端的协议包解析

在服务器端代码中，read_pack函数负责解析从客户端接收到的协议包。该函数的主要步骤如下：

  1. 读取数据大小：从buf中读取前2个字节，表示接下来要读取的数据大小。

  2. 读取数据：根据读取到的数据大小，从buf中读取相应长度的数据。

  3. 处理数据：将读取到的数据打印出来。

    void read_pack(pack_t* pack) {
    char *buf = pack->buf;
    int readed_size = 0;
    while(1) {
        short data_size = *(short*)(buf + readed_size);
        if(data_size == 0) {
            printf("数据解析完毕\n");
            break;
        }
        readed_size += 2;
        char temp[data_size + 1];
        memset(temp, 0, data_size + 1);
        memcpy(temp, buf + readed_size, data_size);
        readed_size += data_size;
        printf("temp = %s\n", temp);
    }
}

    3. 客户端的协议包构建

    在客户端代码中，append函数负责将数据按照协议格式添加到pack_t结构体中。该函数的主要步骤如下：

  4. 记录数据长度：将数据的长度存储在buf的前2个字节中。

  5. 存储数据：将数据本身存储在buf中。

  6. 更新协议包大小：更新pack_t结构体中的size和count字段。

    void append(pack_t* pack, const char* data) {
    char* buf = pack->buf;
    int len = strlen(data);
    *(short*)(buf + pack->count) = len;
    pack->count += 2;
    memcpy(buf + pack->count, data, len);
    pack->count += len;
    pack->size = pack->count + 8;
}

    4. 客户端与服务器的交互

    在客户端代码中，用户输入账号和密码后，append函数将数据添加到协议包中，然后通过write函数将协议包发送给服务器。

    while(1) {
    pack_t pack = {0};
    pack.type = TYPE_LOGIN;
    char name[20] = "";
    char pswd[20] = "";
    printf("请输入账号:");
    scanf("%19s", name);
    while(getchar() != 10);
    printf("请输入密码:");
    scanf("%19s", pswd);
    while(getchar() != 10);
    append(&pack, name);
    append(&pack, pswd);
    write(client, &pack, pack.size);
}

    在服务器端，read函数接收客户端发送的协议包，并调用read_pack函数解析数据。

    while(1) {
    int pack_size = 0;
    read(client, &pack_size, 4);
    pack_t pack = {0};
    read(client, (char*)&pack + 4, pack_size - 4);
    pack.size = pack_size;
    read_pack(&pack);
}

    5. 总结

    通过这两段代码，我们可以看到如何在C语言中实现一个简单的网络协议包的构建与解析。服务器端负责接收和解析协议包，而客户端则负责构建和发送协议包。这种设计模式在网络编程中非常常见，理解其原理对于开发网络应用程序至关重要。

      6.完整代码

1>服务器

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>

typedef struct sockaddr_in addr_in_t;
typedef struct sockaddr addr_t;
typedef struct sockaddr_un addr_un_t;

enum Type {
    TYPE_REGIST,
    TYPE_LOGIN
};

typedef struct Pack {
    int size;
    enum Type type;
    char buf[2048];
    int count;
} pack_t;

void read_pack(pack_t *pack) {
    char *buf = pack->buf;
    int readed_size = 0;

    while (1) {
        short data_size = *(short *)(buf + readed_size);
        if (data_size == 0) {
            printf("数据解析完毕\n");
            break;
        }
        readed_size += 2;
        char temp[data_size + 1];
        memset(temp, 0, data_size + 1);
        memcpy(temp, buf + readed_size, data_size);
        readed_size += data_size;
        printf("temp = %s\n", temp);
    }
}

int main(int argc, const char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        printf("请输入端口号\n");
        return 1;
    }
    int port = atoi(argv[1]);

    int server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    addr_in_t addr = {0};
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0");

    if (bind(server, (addr_t *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
        perror("bind");
        return 1;
    }

    listen(server, 10);

    addr_in_t client_addr = {0};
    int client_addr_len = sizeof(client_addr);
    int client = accept(server, (addr_t *)&client_addr, &client_addr_len);
    if (client != -1) {
        printf("有客户端连接\n");
    }

    while (1) {
        int pack_size = 0;
        read(client, &pack_size, 4);
        pack_t pack = {0};
        read(client, (char *)&pack + 4, pack_size - 4);
        pack.size = pack_size;
        read_pack(&pack);
    }

    return 0;
}

2>客户端

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>

typedef struct sockaddr_in addr_in_t;
typedef struct sockaddr addr_t;
typedef struct sockaddr_un addr_un_t;

enum Type {
    TYPE_REGIST,
    TYPE_LOGIN
};

typedef struct Pack {
    int size;
    enum Type type;
    char buf[2048];
    int count;
} pack_t;

void append(pack_t *pack, const char *data) {
    char *buf = pack->buf;
    int len = strlen(data);
    *(short *)(buf + pack->count) = len;
    memcpy(buf + pack->count + 2, data, len);
    pack->count += 2;
    pack->count += len;
    pack->size = pack->count + 8;
}

int main(int argc, const char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        printf("请输入端口号\n");
        return 1;
    }
    int port = atoi(argv[1]);

    int client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    addr_in_t addr = {0};
    addr.sin_family = AF_INET;
    addr.sin_port = htons(port);
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.60.77");

    if (connect(client, (addr_t *)&addr, sizeof(addr)) == -1) {
        perror("connect");
        return 1;
    }

    while (1) {
        pack_t pack = {0};
        pack.type = TYPE_LOGIN;
        char name[20] = "";
        char pswd[20] = "";
        printf("请输入账号：");
        scanf("%19s", name);
        while (getchar() != '\n');
        printf("请输入密码：");
        scanf("%19s", pswd);
        while (getchar() != '\n');

        append(&pack, name);
        append(&pack, pswd);

        write(client, &pack, pack.size);
    }

    return 0;
}

三、基于以上代码，将读取到的一条条代码保存到链表中

1.服务器代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <wait.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/un.h>

// 定义网络地址结构体类型
typedef struct sockaddr_in addr_in_t;
typedef struct sockaddr addr_t;
typedef struct sockaddr_un addr_un_t;

// 定义协议包类型枚举
enum Type {
	TYPE_REGIST,  // 注册类型
	TYPE_LOGIN    // 登录类型
};

// 定义协议包结构体
typedef struct Pack {
	int size;         // 协议包的总大小
	enum Type type;   // 协议包的类型
	char buf[2048];   // 数据缓冲区
	int count;        // 记录缓冲区中已使用的字节数
} pack_t;

// 定义链表节点结构体
typedef struct Node {
	char* data;       
	struct Node* next; 
} Node;

// 创建新节点
Node* create_node(const char* data) {
	Node* node = (Node*)malloc(sizeof(Node)); 
    if (data != NULL) {
    size_t len = strlen(data) + 1;
    node->data = (char*)malloc(len * sizeof(char));
    if (node->data != NULL) {
       strcpy(node->data, data);
    } else {
        fprintf(stderr, "内存分配失败！\n");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
} else {
    // 处理输入为 NULL 的情况
    node->data = NULL;
} 
	node->next = NULL; 
	return node;
}

// 将数据添加到链表
void append_to_list(Node** head, const char* data) {
	Node* new_node = create_node(data);
	if (*head == NULL) {
		*head = new_node; 
	} else {
		Node* current = *head;
		while (current->next != NULL) {
			current = current->next;
		}
		current->next = new_node; 
	}
}

// 释放链表内存
void free_list(Node* head) {
	Node* current = head;
	while (current != NULL) {
		Node* next = current->next; 
		free(current->data); 
		free(current); 
		current = next; 
	}
}

// 解析协议包并将数据保存到链表
void read_pack(pack_t* pack, Node** head) {
	char *buf = pack->buf; 
	int readed_size = 0; // 记录已读取的字节数
	while(1) {
		short data_size = *(short*)(buf + readed_size); // 读取数据大小
		if(data_size == 0) {
			printf("数据解析完毕\n"); 
			break;
		}
		readed_size += 2; 
		char temp[data_size + 1]; 
		memset(temp, 0, data_size + 1); 
		memcpy(temp, buf + readed_size, data_size); 
		readed_size += data_size; // 更新已读取的字节数
		printf("temp = %s\n", temp); 
		append_to_list(head, temp); // 将数据添加到链表
	}
}

// 主函数
int main(int argc, const char *argv[]) 
{
	if(argc != 2) 
	{
		printf("请输入端口号\n"); 
		return 1;
	}
	int port = atoi(argv[1]); // 将端口号字符串转换为整数

	// 创建服务器套接字
	int server = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	addr_in_t addr = {0};
	addr.sin_family = AF_INET; 
	addr.sin_port = htons(port); 
	addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("0.0.0.0"); 

	// 绑定套接字到地址
	if(bind(server, (struct sockaddr*)&addr, sizeof(addr)) == -1) 
	{
		perror("bind"); // 绑定失败
		return 1;
	}

	// 监听连接
	listen(server, 10);

	// 接受客户端连接
	addr_in_t client_addr = {0};
	int client_addr_len = sizeof(client_addr);
	int client = accept(server, (struct sockaddr*)&client_addr, &client_addr_len);
	if(client != -1) 
	{
		printf("有客户端连接\n"); 
	}

	Node* head = NULL; // 初始化链表头

	while(1) {
		int pack_size = 0;
		int ret = read(client, &pack_size, 4); // 读取协议包大小
		if (ret == -1) 
		{
			printf("客户端断开连接\n"); 
			break; // 退出循环
		}
		pack_t pack = {0};

		ret = read(client, (char*)&pack + 4, pack_size - 4); // 读取协议包数据
		if (ret == -1) {
			printf("客户端断开连接\n"); // 客户端断开连接
			break; // 退出循环
		}
		pack.size = pack_size; // 设置协议包大小

		read_pack(&pack, &head); // 解析协议包并保存数据到链表

		// 打印链表中的数据
		Node* current = head;
		printf("--------保存的数据如下--------\n");
		while (current != NULL) {
			printf("链表数据: %s\n", current->data);
			current = current->next;
		}
		printf("\n");
	}

	free_list(head); // 释放链表内存
	return 0;
}

2.客户端代码

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>
#include <wait.h>
#include <signal.h>
#include <sys/socket.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>
#include <semaphore.h>
#include <sys/msg.h>
#include <sys/shm.h>
#include <sys/un.h>

typedef struct sockaddr_in addr_in_t;  
typedef struct sockaddr addr_t;        
typedef struct sockaddr_un addr_un_t;  

// 定义消息类型枚举
enum Type{
    TYPE_REGIST,    // 注册类型
    TYPE_LOGIN      // 登录类型
};

// 自定义数据包结构体
typedef struct Pack
{
    int size;           
    enum Type type;     
    char buf[2048];    
    int count;         
}pack_t;


void append(pack_t* pack, const char* data)
{
    char *buf = pack->buf;
    int len = strlen(data);
    
    *(short*)(buf + pack->count) = len;  
    pack->count += 2;                   
    
    memcpy(buf + pack->count, data, len); 
    pack->count += len;                   
    // 更新数据包总大小（头部8字节 + 数据长度）
    pack->size = pack->count + 8;         
}

int main(int argc, const char *argv[])
{
    if(argc != 2)
    {
        printf("Usage: %s <port>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    int port = atoi(argv[1]);  // 将端口参数转为整数

    // 创建TCP套接字
    int client = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(client == -1){
        perror("socket creation failed");
        return 1;
    }

    // 配置服务器地址信息
    addr_in_t addr = {0};
    addr.sin_family = AF_INET;                   
    addr.sin_port = htons(port);                
    addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.126.233");

    // 连接服务器
    if(connect(client, (addr_t*)&addr, sizeof(addr)) == -1)
    {
        perror("connect failed");
        return 1;
    }

    while(1)
    {
        pack_t pack = {0};      
        pack.type = TYPE_LOGIN; 
        
        char name[20] = "";
        char pswd[20] = "";
        
        // 获取用户名输入
        printf("请输入账号:");
        scanf("%19s", name);
        while(getchar() != '\n'); // 清空输入缓冲区
        
        // 获取密码输入
        printf("请输入密码:");
        scanf("%19s", pswd);
        while(getchar() != '\n'); // 清空输入缓冲区
        
        // 将用户名和密码打包到数据包
        append(&pack, name);
        append(&pack, pswd);
        
        // 发送整个数据包（发送大小为计算后的总大小）
        write(client, &pack, pack.size);
    }
    
    return 0;
}


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