C语言实现简单的hello/hi网络聊天程序
OwenJi 2019-12-09
一、TCP/IP协议通信原理
使用TCP套接字编程可以实现基于TCP/IP协议的面向连接的通信，它分为服务器端和客户端两部分，其主要实现过程如下图所示:
（1）连接建立：服务器调用socket()、 bind()、 listen()完成初始化后，调用accept()阻塞等待，处于监听端口的状态，客户端调用socket()初始化后，调用connect()发出SYN段并阻塞等待服务器应答，服务器应答一个SYN-ACK段，客户端收到后从connect()返回，同时应答一个ACK段，服务器收到后从accept()返回。
（2）数据传输：建立连接后， TCP协议提供全双工的通信服务，但是一般的客户端/服务器程序的流程是由客户端主动发起请求，服务器被动处理请求，一问一答的方式。因此，服务器从accept()返回后立刻调用read()，读socket就像读管道一样，如果没有数据到达就阻塞等待，这时客户端调用write()发送请求给服务器，服务器收到后从read()返回，对客户端的请求进行处理，在此期间客户端调用read()阻塞等待服务器的应答，服务器调用write()将处理结果发回给客户端，再次调用read()阻塞等待下一条请求，客户端收到后从read()返回，发送下一条请求，如此循环下去。
（3）关闭连接：如果客户端没有更多的请求了，就调用close()关闭连接，就像写端关闭的管道一样，服务器的read()返回0，这样服务器就知道客户端关闭了连接，也调用close()关闭连接。注意，任何一方调用close()后，连接的两个传输方向都关闭，不能再发送数据了。如果一方调用shutdown()则连接处于半关闭状态，仍可接收对方发来的数据。
二、函数描述
（1）socket函数：为了执行网络输入输出，一个进程必须做的第一件事就是调用socket函数获得一个文件描述符。
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#include <sys/socket.h>
int socket(int family,int type,int protocol);
返回：非负描述字－－－成功 -1－－－失败
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（2）connect函数：当用socket建立了套接口后，可以调用connect为这个套接字指明远程端的地址；如果是字节流套接口，connect就使用三次握手建立一个连接；如果是数据报套接口，connect仅指明远程端地址，而不向它发送任何数据。
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#include <sys/socket.h>
int connect(int sockfd, const struct sockaddr * addr, socklen_t addrlen);
返回：0－－－成功 -1－－－失败
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（3）bind函数：为套接口分配一个本地IP和协议端口，对于网际协议，协议地址是32位IPv4地址或128位IPv6地址与16位的TCP或UDP端口号的组合；如指定端口为0，调用bind时内核将选择一个临时端口，如果指定一个通配IP地址，则要等到建立连接后内核才选择一个本地IP地址。
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#include <sys/socket.h>
int bind(int sockfd, const struct sockaddr * server, socklen_t addrlen);
返回：0－－－成功 -1－－－失败
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（4）listen函数：listen函数仅被TCP服务器调用，它的作用是将用sock创建的主动套接口转换成被动套接口，并等待来自客户端的连接请求。
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#include <sys/socket.h>
int listen(int sockfd,int backlog);
返回：0－－－成功 -1－－－失败
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（5）accept函数：accept函数由TCP服务器调用，从已完成连接队列头返回一个已完成连接，如果完成连接队列为空，则进程进入睡眠状态。
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#include <sys/socket.h>
int accept(int listenfd, struct sockaddr *client, socklen_t * addrlen);
回：非负描述字－－－成功 -1－－－失败
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（6）write和read函数：当服务器和客户端的连接建立起来后，就可以进行数据传输了，服务器和客户端用各自的套接字描述符进行读/写操作。因为套接字描述符也是一种文件描述符，所以可以用文件读/写函数write()和read()进行接收和发送操作。
（I）write()函数用于数据的发送。
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#include <unistd.h>
int write(int sockfd, char *buf, int len);
返回：非负－－－成功 -1－－－失败
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（II）read()函数用于数据的接收。
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#include <unistd.h>
int read(int sockfd, char *buf, intlen);
回：非负－－－成功 -1－－－失败
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三、编程步骤及代码实现
《一》服务器端
编程步骤：
（1）使用WSAStartup()函数检查系统协议栈安装情况
（2）使用socket()函数创建服务器端通信套接字
（3）使用bind()函数将创建的套接字与服务器地址绑定
（4）使用listen()函数使服务器套接字做好接收连接请求准备
（5）使用accept()接收来自客户端由connect()函数发出的连接请求
（6）根据连接请求建立连接后，使用send()函数发送数据，或者使用recv()函数接收数据
（7）使用closesocket()函数关闭套接字（可以先用shutdown()函数先关闭读写通道）
（8）最后调用WSACleanup()函数结束Winsock Sockets API
代码实现：
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")//WSAStartup、WSACleanup和SOCKET的动态库
int main()
{
//1 请求协议版本
WSADATA wsadata;
WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsadata);//请求协议版本2.2
if (LOBYTE(wsadata.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsadata.wVersion) != 2) {
printf("请求协议失败\n");
return -1;
}
//2 创建socket
SOCKET serverSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (SOCKET_ERROR == serverSocket) {
printf("创建socket失败\n");
WSACleanup();
return -2;
}
printf("创建socket成功\n");
//3创建协议地址族
SOCKADDR_IN addr = { 0 };
addr.sin_family = AF_INET;//协议版本
addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("192.168.43.3");//用自己IP
addr.sin_port = htons(10086);//0-65535 一般取10000左右
//4 绑定
int r = bind(serverSocket, (sockaddr*)&addr, sizeof addr);
if (r == -1) {
printf("绑定失败\n");
closesocket(serverSocket);
WSACleanup();
return -2;
}
printf("绑定成功\n");
//5 监听
r = listen(serverSocket, 10);//监听10个用户
if (r == -1) {
printf("监听失败\n");
closesocket(serverSocket);
WSACleanup();
return -2;
}
printf("监听成功\n");
//6 等待客户端连接 阻塞 尾声抱柱
SOCKADDR_IN cAddr = { 0 };
int len = sizeof cAddr;
SOCKET clientSocket = accept(serverSocket, (sockaddr*)&cAddr, &len);
if (SOCKET_ERROR == clientSocket) {
printf("服务器宕机了\n");
//关闭socket
closesocket(serverSocket);
//清除协议信息
WSACleanup();
return -2;
}
printf("有客户端连接到服务器：%s\n", inet_ntoa(cAddr.sin_addr));//将整数型IP地址转化为字符串
// 7 通信
char buff[1024];
while (1) {
r = recv(clientSocket, buff, 1023, NULL);
if (r > 0) {
buff[r] = 0;//添加‘\0‘
printf(">>%s\n", buff);
}
send(clientSocket, buf, sizeof(buf), 0);
}
return 0;
}《二》客户端
编程步骤：
（1）使用WSAStartup()函数检查系统协议栈安装情况
（2）使用socket()函数创建客户端套接字
（3）使用connect()函数发出也服务器建立连接的请求（调用前可以不用bind()端口号，由系统自动完成）
（4）连接建立后使用send()函数发送数据，或使用recv()函数接收数据
使用closesocet()函数关闭套接字
（5）最后调用WSACleanup()函数，结束Winsock Sockets API
代码实现：
#include <iostream>
#include <WinSock2.h>
#include <string>
#pragma warning(disable:4996)
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")//WSAStartup、WSACleanup和SOCKET的动态库
int main()
{
//1 请求协议版本
WSADATA wsadata;
WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsadata);//请求协议版本2.2
if (LOBYTE(wsadata.wVersion) != 2 || HIBYTE(wsadata.wVersion) != 2) {
printf("请求协议失败\n");
return -1;
}
//2 创建socket
SOCKET clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
if (SOCKET_ERROR == clientSocket) {
printf("创建socket失败\n");
WSACleanup();
return -2;
}
printf("创建socket成功\n");
//3获取协议地址族
SOCKADDR_IN addr = { 0 };
addr.sin_family = AF_INET;//协议版本
addr.sin_addr.S_un.S_addr = inet_addr("192.168.43.3");//用自己IP
addr.sin_port = htons(10086);//0-65535 一般取10000左右
//4 连接服务器
int r = connect(clientSocket, (sockaddr*)&addr, sizeof addr);
if (r == -1) {
printf("连接服务器失败\n");
return -1;
}
printf("连接服务器成功\n");
//5 通信
char buf[1024];
string str;
int i;
cin >> str;
for (i = 0; i < str.length(); i++)
{
buf[i] = str[i];
}
buf[i] = ‘\0‘;
send(clientSocket, buf, sizeof(buf), 0);
// 接收数据
recv(clientSocket, buf, sizeof(buf), 0);
return 0;
}四、运行结果
1、数据传送之前先启动服务器端，再启动客户端：
启动服务器后，服务器界面如下，此时客户端还未启动或请求连接。
2、启动客户端后，与服务器的连接建立成功，两者界面如下图：
3、连接建立成功后，开始传输字符串聊天，结果如下：
网络聊天实验完成
