系列文章：
自己动手写http服务器(一) -- UNIX C 网络编程
自己动手写http服务器(二) -- http协议分析
自己动手写http服务器(三) -- 代码实现
该系列参照开源项目 -- Tinyhttpd ;
开源项目 Tinyhttpd 只有500多行的代码，，以C语言进行编写；
linux网络编程预备知识
该文章主要介绍一下如何进行C语言的网络编程，不会全面地涉及所有的网络编程函数库，也不会对所用到函数的某个参数的所有可取值进行列举和解释，原因有二：
- c语言中的网络编程库已经存在很久，其参数很多已经废弃，没必要说明；
- 参数选项、功能可以随时通过查看帮助手册获得；
如果希望全面了解网络编程，可以拜读 《Unix网络编程》；
Linux网络编程的步骤
1、创建套接字
就像通过门牌号可以找到某个公司，而通过人名可以将快递准确地交给收件人一样，通过 ip地址 可以确定目标主机，通过端口号可以将数据准确地交给目标程序，而 ip地址:端口号 就是我们所说的 套接字；
套接字的创建通过函数 socket ，该函数需要包含头文件 <sys/types.h> 和 <sys/socket.h> ，该函数的声明为：
//作用：创建一个套接字
//参数：
// domain : 指定通讯协议族，常用的有 ：
// AF_INET(IPv4通讯)
// AF_INET6(IPv6通讯)
// AF_LOCAL(本地通讯)
// type : 常用的有 ：
// SOCK_STREAM(有序、可靠、双向、基于连接的字节流，即TCP)
// SOCK_DGRAM(无连接、不可靠数据报，即UDP)
// protocol : 通常取0
//返回值
// 成功 : 返回新创建的套接字文件描述符
// 失败 : 返回 -1，错误代码存于 errno 中，通过引入 <errno.h> 可以引入该变量
int socket(int domain, int type, int protocol)
所以，如果希望套接字建立TCP连接，可以通过下面代码创建TCP套接字：
int tcp_fd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0);
如果希望套接字建立UDP连接，可以通过下面代码创建UDP套接字：
int udp_fd = socket(AF_INET , SOCK_DGRAM , 0);
2、TCP连接与通讯
无论是tcp还是udp，第一步都需要创建套接字，而之后的操作差异较大，TCP在数据收发前，需要建立连接，而UDP不需要建立连接就可以收发数据。
（1） 建立TCP server的步骤
TCP服务器的设置步骤如下：
- 通过 socket() 系统调用创建一个套接字；
- 使用 bind() 系统调用将所创建的套接字绑定到指定的端口上；
- 通过 listen() 将进行端口绑定的套接字进行端口侦听，使客户端能够连接；
- 通过 accept() 接受客户端的连接，该函数将会被阻塞，直至客户端连接上来；
- 数据收发 read / write；
注意：如果在bind绑定时，指定端口0，意味着由系统随机选择一个可用端口来绑定；
服务端代码示例：
// file name : server.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> //定义了大量系统调用需要使用的类型
#include <sys/socket.h> //定义了大量套接字所需要的结构体
#include <netinet/in.h> //与网络相关的结构体及函数
// 该函数将字符串 msg 输出到 stderr，并退出执行
void error(char* msg){
fprintf(stderr, "%s\n", msg);
exit(1);
}
int main(int argc , char* argv[]){
int sockfd; //保存服务器套接字的文件描述符
int newsockfd; //保存与客户端通讯套接字的文件描述符
int portno; //保存服务器要绑定的端口号
int clilen; //保存client地址的大小，系统调用时需要使用
int n; //存放函数read、write的返回值
char buffer[256]; //服务器将从套接字中读取的字符存入该缓存
struct sockaddr_in serv_addr, cli_addr ; //存放服务器、客户端套接字属性
if(argc < 2) error("Error : no port provided.\n");
sockfd = socket(AF_INET , SOCK_STREAM , 0); //创建TCP套接字
if(sockfd < 0) error("Error : fail to open socket");
memset(&serv_addr , 0 , sizeof(serv_addr));
portno = atoi(argv[1]) ; //将输入的第二个参数转换为端口号
// 配置服务器参数
serv_addr.sin_family = AF_INET;
serv_addr.sin_port = htons(portno);
serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; //本机地址 0
if(bind(sockfd, (const struct sockaddr*)&serv_addr,
sizeof(serv_addr) ) < 0){
error("Error : binding");
}
listen(sockfd, 5); //进行端口侦听
clilen = sizeof(cli_addr);
//阻塞等待客户端的连接
newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr*) &cli_addr, &clilen);
if(newsockfd < 0){
error("Error on accept");
}
memset(buffer, 0, 256);
n = read(newsockfd, buffer, 255);
if(n < 0) error("Error reading from socket");
printf("client message : %s\n" , buffer);
n = write(newsockfd, "I got your message", 18);
if(n < 0)error("Error writing to socket");
close(newsockfd);
close(sockfd);
return 0;
}
说明：什么是文件描述符？
每一个运行的进程都有一个文件描述符表(file descriptor table)，该表中存放了所有指向已经打开的 i/o 流；
当一个进程启动之后，默认将3个指针添加到文件描述符表中，0指向标准输入stdin，1指向标准输出stdout，2指向错误输出stderr；每当有一个文件被打开后，就会有一个入口指针被创建；文件描述符是一个短整型(16 bit)，可以是文件，但不限于文件，也可以是其他能够读写的对象，如套接字、管道、内存块等；
通过 open 函数可以打开一个文件，并返回文件描述符；read 和 write 函数需要传入文件描述符，对指定对象进行读写；
说明：sockaddr_in的作用？
sockaddr_in 是一个包含网络地址的结构体，该结构体在 <netinet/in.h> 头文件中进行定义：
struct sockaddr_in{
short sin_family;
u_short sin_port;
struct in_addr sin_addr;
char sin_zero[8];
};
其中，in_addr 结构体也定义在 <netinet/in.h> 中,用于存放ip地址：
struct in_addr{
unsigned long s_addr;
};
该结构体主要用于存放网络相关的属性信息，在 bind 时指定需要绑定的套接字；在 sendto 时指定需要发送到的对象；
（2） 建立TCP client的步骤
相对于TCP server 的建立，TCP client 的建立过程较为简单：
- 通过 socket() 系统调用创建一个套接字；
- 通过 connect() 系统调用将创建的套接字连接到TCP服务器上；
- 数据收发；数据收发的方式有很多，其中最简单的方式是使用系统调用 read() 和 write() 进行数据收发；
客户端代码示例：
// file name : client.c
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
void error(char* msg){
fprintf(stderr, "%s\n", msg);
exit(1);
}
int main(int argc, char* argv[]){
int sockfd, portno, n;
struct sockaddr_in serv_addr;
char buffer[256] = {0};
if(argc < 3){
// 使用客户端的方式为 ：执行文件名 主机名或IP 端口号
fprintf(stderr, "usage %s hostname port\n", argv[0]);
exit(1);
}
portno = atoi(argv[2]);
// 创建套接字
sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if(sockfd == NULL) exit("Error opening socket");
// 设置待连接服务器参数
memset(&serv_addr, 0, sizeof(serv_addr));
serv_addr.sin_family = AF_INET ;
serv_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
serv_addr.sin_port = htons(portno);
// 连接指定服务器
if(connect(sockfd, &serv_addr, sizeof(serv_addr)) < 0)
error("Error connecting");
printf("Please enter the massage : ");
fgets(buffer, 255, stdin);
// 向服务器发送数据
n = write(sockfd, buffer, strlen(buffer));
if(n < 0) error("Error writing to socket");
memset(buffer, 0, 256);
// 读取服务器发送过来的数据
n = read(sockfd, buffer, 255);
if(n < 0)
error("Error reading from socket");
printf("%s\n", buffer);
return 0;
}
（3）编译与运行
通过命令：
gcc server.c -o server
gcc client.c -o client
编译出服务器和客户端程序；先打开 server，指定端口为7777,再打开 client，连接到服务器，即可进行数据通讯，实验结果如下：
TCP通讯
UDP连接与通讯
UDP并不是基于连接的数据通讯，也就是说UDP server 并不通过 accept 接收客户端的连接，而UDP client 也不通过 connect 连接到服务器；
（1）UDP 服务器
要创建UDP服务器需要如下三步：
- 创建套接字 (socket)
- 绑定端口 (bind)
- 数据通讯 (读read / 写write)
与TCP服务器相比，少了 listen 和 accept 两个过程，即建立连接的两个步骤；
下面的代码是一个简单的 “回音” 服务器，即 udp客户端发送的内容将被udp服务器发回：
// file name : udpserver.c
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <sys/socket.h>
#define BUFLEN 512 //数据缓冲区的大小
void error(const char* message){
fprintf(stderr, "%s\n", message);
exit(1);
}
int main(int argc, char* argv[]){
int server_fd ;
int recv_len ; // 保存接收到的数据长度
char buf[BUFLEN] = {0}; //保存接收到的数据
struct sockaddr_in si_me, si_other;
int slen = sizeof(si_other);
if(argc < 2){
fprintf(stderr, "USAGE : %s port\n", argv[0]);
exit(1);
}
// 创建套接字，指明使用的是数据包协议
if((server_fd=socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0))==-1){
error("Error to create socket");
}
// 设置服务器参数
memset(&si_me, 0, sizeof(si_me));
si_me.sin_family = AF_INET;
si_me.sin_port = htons( atoi(argv[1]) );
si_me.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);
// 将udp套接字绑定到指定端口
if(bind(server_fd, &si_me, sizeof(si_me)) == -1){
error("Error when bind to port");
}
// 循环：接收数据并写回
while(1){
memset(buf, 0, BUFLEN);
printf("Waiting from data ...\n");
if( (recv_len = recvfrom(server_fd, buf, BUFLEN-1, 0,
&si_other, &slen)) == -1){
error("Error receive from udp client");
}
printf("Receive : %s\n", buf);
if(sendto(server_fd, buf, strlen(buf), 0, &si_other, slen) == -1){
error("Error send to udp client");
}
}
close(server_fd);
return 0;
}
（2）UDP客户端
创建UDP客户端需要如下几步：
- 创建套接字 (socket)
- 数据通讯 (读recvfrom / 写sendto)
与TCP客户端相比，少了连接 connect 步骤，即不需要建立连接，直接进行数据收发；
下面代码表示将命令行收到的数据通过UDP协议发送给服务器：
// file name : udpclient.c
#include <stdio.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <string.h>
#define BUFLEN 512
void error(const char* message){
fprintf(stderr, "%s\n", message);
exit(1);
}
int main(int argc, char* argv[]){
int clientSocket, portNum, nBytes;
char buffer[BUFLEN];
struct sockaddr_in serverAddr;
socklen_t addr_size;
if(argc < 3){
fprintf(stderr, "USAGE : %s ip port \n", argv[0]);
exit(1);
}
// 创建客户端套接字
if((clientSocket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0))==-1){
error("Error to create udp socket");
}
// 配置连接属性
serverAddr.sin_family = AF_INET;
serverAddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
serverAddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
memset(serverAddr.sin_zero, '\0', sizeof serverAddr.sin_zero);
addr_size = sizeof serverAddr;
while(1){
printf("请输入发送数据:");
fgets(buffer,BUFLEN,stdin);
nBytes = strlen(buffer) + 1;
/*将命令行收到的数据发送到服务器端*/
sendto(clientSocket,buffer,nBytes,0,&serverAddr,addr_size);
/*接收从服务器端发送来的数据*/
nBytes = recvfrom(clientSocket,buffer,BUFLEN,0,NULL, NULL);
printf("接收数据: %s\n",buffer);
}
return 0;
}
（3）编译与运行
通过命令：
gcc udpserver.c -o udpserver
gcc udpclient.c -o udpclient
编译后，udpserver 是 "回声" 服务器， udpclient 是udp数据接收器，实验结果如下：
UDP通讯
参考内容
Programming udp sockets in C on Linux
完！
