Linux之Socket编程Tcp_linux tcp socket client

一、Tcp网络编程

1.1、EchoServer

接口介绍：

// 开始监听 socket (TCP, 服务器)

int listen(int socket, int backlog);

• 参数：
  • socket：已绑定 (bind()) 的TCP套接字描述符（必须为 SOCK_STREAM 类型）
  • backlog：等待连接队列的最大长度，即允许挂起（未 accept()）的连接请求数量，不可以为0，也不可以太大。
• 返回值：

  • 成功：返回 0。

  • 失败：返回 -1，并设置 errno。

// 接收请求 (TCP, 服务器)

int accept(int socket, struct sockaddr* address, socklen_t* address_len);

• 参数：
  • socket：服务器监听套接字（由 socket() 创建且已调用 bind() 和 listen()）
  • address：可选参数，用于存储客户端的地址信息（IP + 端口）
  • address_len：输入时指定 address 缓冲区长度，输出时返回实际地址长度
• 返回值：
  • 返回一个新的 连接套接字描述符（非负整数），专门用于与客户端通信。
  • 失败：返回 -1，并设置 errno。

// 建立连接 (TCP, 客户端)

int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

• 参数：
  • socket：客户端套接字描述符（由 socket() 创建）
  • addr：指向目标服务器地址结构体（如 struct sockaddr_in）
  • addrlen：地址结构体的长度（如 sizeof(struct sockaddr_in)）
• 返回值：
  • 成功（TCP）：返回 0，表示连接已建立。
  • 成功（UDP）：仅绑定目标地址，无实际连接，后续 sendto() 可省略地址参数。
  • 失败：返回 -1，并设置 errno。

示例代码网址：Linux_blog: Linux博客示例代码 - Gitee.com

注意：

• 由于客户端不需要固定的端口号,因此不必调用 bind(),客户端的端口号由内核自动分配。
• 客户端不是不允许调用 bind(), 只是没有必要显示的调用 bind()固定一个端口号。否则如果在同一台机器上启动多个客户端, 就会出现端口号被占用导致不能正确建立连接。
• 服务器也不是必须调用 bind(), 但如果服务器不调用 bind(), 内核会自动给服务器分配监听端口, 每次启动服务器时端口号都不一样, 客户端要连接服务器就会遇到麻烦。

1.2、telnet小工具

telnet 是一个经典的 网络协议 和 命令行工具，用于通过 TCP/IP 网络 与远程主机进行交互式通信。它基于 Telnet 协议（默认端口 23），但也可以用于测试其他 TCP 服务（如 HTTP、SMTP 等）。

基本用法：telnet [端口]

示例：

• telnet example.com       # 连接 example.com 的 23 端口（Telnet 服务）
• telnet 192.168.1.1 23    # 连接 192.168.1.1 的 23 端口

Telnet 不仅可以用于 Telnet 协议，还可以测试 HTTP、SMTP、SSH、Redis 等 TCP 服务：

• telnet google.com 80     # 测试 HTTP（80 端口）
• telnet smtp.gmail.com 25 # 测试 SMTP（25 端口）
• telnet localhost 6379    # 测试 Redis（6379 端口）

手动发送 HTTP 请求：（按两次回车发送请求，查看服务器返回的 HTTP 响应）

telnet example.com 80
GET / HTTP/1.1
Host: example.com

常用操作：

• Ctrl + ]    进入 Telnet 命令模式
• quit 或 q    退出 Telnet
• open     重新连接另一台主机
• close    关闭当前连接
• status    查看当前连接状态

二、验证 TCP-windows 作为 client 访问 Linux

示例代码：

TcpClient.cc：（Windows端）

#include #include #include #pragma warning(disable : 4996)#pragma comment(lib, \"ws2_32.lib\")std::string serverip = \"\"; // 填写你的云服务器ipuint16_t serverport = 8888; // 填写你的云服务开放的端口号int main(){ WSADATA wsaData; int result = WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData); if (result != 0) { std::cerr << \"WSAStartup failed: \" << result << std::endl; return 1; } SOCKET clientSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP); if (clientSocket == INVALID_SOCKET) { std::cerr << \"socket failed\" << std::endl; WSACleanup(); return 1; } sockaddr_in serverAddr; serverAddr.sin_family = AF_INET; serverAddr.sin_port = htons(serverport);  // 替换为服务器端口 serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(serverip.c_str()); // 替换为服务器IP地址 result = connect(clientSocket, (SOCKADDR *)&serverAddr, sizeof(serverAddr)); if (result == SOCKET_ERROR) { std::cerr << \"connect failed\" << std::endl; closesocket(clientSocket); WSACleanup(); return 1; } while (true) { std::string message; std::cout < 0) { buffer[bytesReceived] = \'\\0\'; // 确保字符串以 null 结尾 std::cout << \"Received from server: \" << buffer << std::endl; } else { std::cerr << \"recv failed\" << std::endl; } } closesocket(clientSocket); WSACleanup(); return 0;}

TcpServer.cc：（Linux端）

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include const static int default_backlog = 6;enum{ Usage_Err = 1, Socket_Err, Bind_Err, Listen_Err};#define CONV(addr_ptr) ((struct sockaddr *)addr_ptr)class TcpServer{public: TcpServer(uint16_t port) : _port(port), _isrunning(false) { } // 都是固定套路 void Init() { // 1. 创建socket, file fd, 本质是文件 _listensock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (_listensock < 0) { exit(0); } int opt = 1; setsockopt(_listensock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR | SO_REUSEPORT, &opt, sizeof(opt)); // 2. 填充本地网络信息并bind struct sockaddr_in local; memset(&local, 0, sizeof(local)); local.sin_family = AF_INET; local.sin_port = htons(_port); local.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // 2.1 bind if (bind(_listensock, CONV(&local), sizeof(local)) != 0) { exit(Bind_Err); } // 3. 设置socket为监听状态，tcp特有的 if (listen(_listensock, default_backlog) != 0) { exit(Listen_Err); } } void ProcessConnection(int sockfd, struct sockaddr_in &peer) { uint16_t clientport = ntohs(peer.sin_port); std::string clientip = inet_ntoa(peer.sin_addr); std::string prefix = clientip + \":\" + std::to_string(clientport); std::cout << \"get a new connection, info is : \" << prefix < 0) { inbuffer[s] = 0; std::cout << prefix << \"# \" << inbuffer << std::endl; std::string echo = inbuffer; echo += \"[tcp server echo message]\"; write(sockfd, echo.c_str(), echo.size()); } else { std::cout << prefix << \" client quit\" << std::endl; break; } } } void Start() { _isrunning = true; while (_isrunning) { // 4. 获取连接 struct sockaddr_in peer; socklen_t len = sizeof(peer); int sockfd = accept(_listensock, CONV(&peer), &len); if (sockfd < 0) { continue; } ProcessConnection(sockfd, peer); } } ~TcpServer() { }private: uint16_t _port; int _listensock; // TODO bool _isrunning;};using namespace std;void Usage(std::string proc){ std::cout << \"Usage : \\n\\t\" << proc << \" local_port\\n\"  << std::endl;}// ./tcp_server 8888int main(int argc, char *argv[]){ if (argc != 2) { Usage(argv[0]); return Usage_Err; } uint16_t port = stoi(argv[1]); std::unique_ptr tsvr = make_unique(port); tsvr->Init(); tsvr->Start(); return 0;}

C++：

WinSock2.h 是 Windows Sockets API（应用程序接口）的头文件，用于在Windows 平台上进行网络编程。它包含了 Windows Sockets 2（Winsock2）所需 的数据类型、函数声明和结构定义，使得开发者能够创建和使用套接字 （sockets）进行网络通信。

在编写使用 Winsock2 的程序时，需要在源文件中包含 WinSock2.h 头文件。这 样，编译器就能够识别并理解 Winsock2 中定义的数据类型和函数，从而能够正确地编译和链接网络相关的代码。

此外，与 WinSock2.h 头文件相对应的是 ws2_32.lib 库文件。在链接阶段，需要 将这个库文件链接到程序中，以确保运行时能够找到并调用 Winsock2 API 中实现的函数。

在 WinSock2.h 中定义了一些重要的数据类型和函数，如：

• WSADATA：保存初始化 Winsock 库时返回的信息。
• SOCKET：表示一个套接字描述符，用于在网络中唯一标识一个套接字。
• sockaddr_in：IPv4 地址结构体，用于存储 IP 地址和端口号等信息。
• socket()：创建一个新的套接字。
• bind()：将套接字与本地地址绑定。
• listen()：将套接字设置为监听模式，等待客户端的连接请求。
• accept()：接受客户端的连接请求，并返回一个新的套接字描述符，用于与客户端进行通信。

C++：

WSAStartup 函数是 Windows Sockets API 的初始化函数，它用于初始化Winsock 库。该函数在应用程序或 DLL 调用任何 Windows 套接字函数之前必须首先执行，它扮演着初始化的角色。

以下是 WSAStartup 函数的一些关键点：

它接受两个参数：wVersionRequested 和 lpWSAData。wVersionRequested 用于指定所请求的 Winsock 版本，通常使用 MAKEWORD(major, minor)宏，其中major 和 minor 分别表示请求的主版本号和次版本号。lpWSAData 是一个指向WSADATA 结构的指针，用于接收初始化信息。

如果函数调用成功，它会返回 0；否则，返回错误代码。

WSAStartup 函数的主要作用是向操作系统说明我们将使用哪个版本的 Winsock库，从而使得该库文件能与当前的操作系统协同工作。成功调用该函数后，Winsock 库的状态会被初始化，应用程序就可以使用 Winsock 提供的一系列套接字 服务，如地址家族识别、地址转换、名字查询和连接控制等。这些服务使得应用程 序可以与底层的网络协议栈进行交互，实现网络通信。

在调用 WSAStartup 函数后，如果应用程序完成了对请求的 Socket 库的使用，应 调用 WSACleanup 函数来解除与 Socket 库的绑定并释放所占用的系统资源。

三、connect 的断线重连

示例代码：

#include #include #include #include #include #include #include #include #include using namespace std;void Usage(const std::string &process){ std::cout << \"Usage: \" << process << \" server_ip server_port\" << std::endl;}enum class Status // C++11 强类型枚举{ NEW, // 新建状态，就是单纯的连接 CONNECTING, // 正在连接，仅仅方便查询conn状态 CONNECTED, // 连接或者重连成功 DISCONNECTED, // 重连失败 CLOSED // 连接失败，经历重连，无法连接};class ClientConnection{public: ClientConnection(uint16_t serverport, const std::string &serverip) : _sockfd(-1), _serverport(serverport), _serverip(serverip), _retry_interval(1), _max_retries(5), _status(Status::NEW) { } void Connect() { // 1. 创建socket _sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); if (_sockfd < 0) { cerr << \"socket error\" <4字节IP 2. 网络序列 int n = connect(_sockfd, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)); // 自动进行bind哦！ if (n < 0) { Disconnect();  // 恢复_sockfd的默认值，是连接没有成功，不代表sockfd创建没有成功 _status = Status::DISCONNECTED; // 没有连接成功 return; } _status = Status::CONNECTED; // 连接成功 } int SocketFd() { return _sockfd; } void Reconnect() { _status = Status::CONNECTING; // 正在重连 int count = 0; while (count < _max_retries) { Connect(); // 重连 if (_status == Status::CONNECTED) { return; } sleep(_retry_interval); count++; std::cout << \"重连次数: \" << count << \", 最大上限: \" << _max_retries << std::endl; } _status = Status::CLOSED; // 重连失败，可以关闭了 } void Disconnect() { if (_sockfd != -1) { close(_sockfd); _status = Status::CLOSED; _sockfd = -1; } } Status GetStatus() { return _status; } void Process() { // 简单的IO即可 while (true) { string inbuffer; cout < 0) { char buffer[1024]; ssize_t m = read(_sockfd, buffer, sizeof(buffer) - 1); if (m > 0) {  buffer[m] = 0;  cout < \" << buffer << endl; } else if (m == 0) // 这里证明server端掉线了 {  _status = Status::DISCONNECTED;  break; } else {  std::cout << \"read m : \" << m << \"errno: \" << errno << \"errno string: \" << strerror(errno) << std::endl;  _status = Status::CLOSED;  break; } } else { std::cout << \"write n : \" << n << \"errno: \" << errno << \"errno string: \" << strerror(errno) << std::endl; _status = Status::CLOSED; break; } } } ~ClientConnection() { Disconnect(); }private: int _sockfd; uint16_t _serverport; // server port 端口号 std::string _serverip; // server ip地址 int _retry_interval; // 重试时间间隔 int _max_retries; // 重试次数 Status _status; // 连接状态};class TcpClient{public: TcpClient(uint16_t serverport, const std::string &serverip) : _conn(serverport, serverip) { } void Execute() { while (true) { switch (_conn.GetStatus()) { case Status::NEW: _conn.Connect(); break; case Status::CONNECTED: std::cout << \"连接成功, 开始进行通信.\" << std::endl; _conn.Process(); break; case Status::DISCONNECTED: std::cout << \"连接失败或者对方掉线，开始重连.\" << std::endl; _conn.Reconnect(); break; case Status::CLOSED: _conn.Disconnect(); std::cout << \"重连失败, 退出.\" << std::endl; return; // 退出 default: break; } } } ~TcpClient() { }private: ClientConnection _conn; // 简单组合起来即可};// class Tcp// ./tcp_client serverip serverportint main(int argc, char *argv[]){ if (argc != 3) { Usage(argv[0]); return 1; } std::string serverip = argv[1]; uint16_t serverport = stoi(argv[2]); TcpClient client(serverport, serverip); client.Execute(); return 0;}