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网络编程---创建客户端和服务端以及协议包

news 来源：原创 2025/8/10 19:38:48

一，创建客户端和服务端的思维导图

首先我们要知道客户端和服务端在网络中进行通信是依靠IP地址和端口号的，所以第一步就是创建一个套接字存储ip和port。通过套接字建立连接后通过read，write函数实现两者之间的交流（套接字的描述符等价于文件描述符）第一步和第二部是客户端和服务端共同的，第三步和第四步是各自的。详细流程如下

1.1 创建一个套接字

函数原型：int socket(int domain, int type, int protocol);
功能描述：创建一个套接字文件，参数不同，功能类型就会不同
参数描述：
参数 domain:网络介质，常用的有以下几种
AF_UNIX,AF_LOCAL : 本地通信协议，其实就是给域套接字用的
AF_INET：ipv4 地址协议
AF_INET6：ipv6 地址协议
最常用的就是： AF_INET
参数 type：套接字类型，有以下2个常用类型
SOCK_STREAM：提供一种有序的、可靠的、全双工的、基于连接的字节流套接字
这个描述一看就知道，tcp协议用的就是这种套接字
SOCK_DGRAM：提供一种数据报文形式的，非连接的，不可靠的，发送的数据有最大长度限制的套接字
这个描述一看就知道，udp协议使用的是这种套接字
参数 protocol: 一般直接写0
表示：网络通信协议会根据套接字的类型自动选取
如果套接字类型为 SOCK_STREAM，protocol 为0，则自动选用tcp协议
如果套接字类型为 SOCK_DGRAM，protocol 为0，则自动选用udp协议
返回值：成功创建套接字，返回套接字的描述符，失败返回-1
套接字描述符和文件描述一回事儿，遵循最小未使用原则

1.2将ip和port存入套接字

第一步是准备一个结构体存储IP和port

该结构体结构如下：
struct sockaddr_in{
unsigned short sin_family; // 这是一个标记位，固定写 AF_INET（表面改结构体的身份）
unsigned short sin_port; // 端口号
struct in_addr sin_addr;// 一个结构体，结构如下
struct in_addr{
unsigned int s_addr; // 用来存放ip地址的变量
}
unsigned char zero[8]; // 没有实际意义，完全为了字节对齐填充大小（与 struct sockaddr结构体）
}

第二部就是将内容写入套接字

函数原型：int bind(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能描述：将写有ip和port地址信息结构体，写入套接中
参数描述：
参数 sockfd：准备写入ip和port的套接字
参数 addr：写有ip和port的结构体地址,该结构体如下
struct sockaddr {
unsigned short sa_family; // 固定写 AF_INET
char sa_data[14]; // 这个14个字节的内存里面，就是用来存放 ip 和 port的
}
如果使用这个结构体去存放ip和port的话，代码如下

参数 addrlen：就是第二个参数 addr 的实际占用长度
返回值：成功返回0，失败返回-1。bind函数非常容易报错，只要绑定的端口号已经被用了，就会报错

这个 struct sockaddr 这个结构体我们成为通用地址结构体
事实上有2个结构体会通过我们所介绍的地址上的0101直接赋值的形式转换成 struct sockaddr 这个结构体
struct sockaddr_in
struct sockaddr_un （所以struct sockaddr_in为什么会有标志位）

调用形式
struct sockaddr_in addr = {0};
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(8888); // 因为本地字节序和网络字节序不一定一致，所以端口号在进入网络之前，一定要转换成大端字节序
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1");
if(bind(server,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr)) == -1){
perror("bind"); //标记部分是类型的转换
}

第三步就是在服务端调用listen函数创建监听列表并监听客户端有没有连接，使用accept函数接受客户端的请求。

函数原型：int listen(int sockfd, int backlog);
功能描述：创建监听列表并监听客户端连接，如果有客户端连接，则将该客户端加入监听列表中
参数描述：
参数 sockfd：哪个描述符需要监听并创建监听列表，一般就是服务器的描述符
参数 backlog：监听列表的大小

函数原型：int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen);
功能描述：接受客户端的连接，并且获取该客户端的ip和port
参数描述：
参数 sockfd：哪个描述符接受客户端的连接，一般就是服务器
参数 addr：一个地址信息结构体的地址，该结构体中将会接受并存放新链接的客户端的ip和port
参数 addrlen：第二个参数的实际长度，但是注意这里是个指针

返回值：成功接受客户端的连接之后，会返回该客户端的套接字
客户端套接字非常有用，服务器与特定的客户端进行通信的时候，必须使用该客户端套接字

调用形式：
struct sockaddr_in client_addr = {0};
int len = sizeof(client_addr);
int client = accept(server,(struct sockaddr*)&client_addr,&len);

当然，我们也可以仅接受客户端的连接，不需要知道客户端的ip和port
int client = accept(server,NULL,NULL);

注意：accept 函数是一个阻塞型函数
也就是说，一旦调用accept函数就会立刻阻塞，直到有客户端连接为止

第四步客户端通过connect函数与服务端建立连接

函数原型：int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr,socklen_t addrlen);
功能描述：根据提供的ip和port连接到指定服务器
参数描述：
参数 sockfd：客户端套接字
参数 addr：存有ip和port的一个通用地址信息结构体
参数 addrlen：第2个参数的实际长度
返回值：成功连接返回0，失败返回-1，因为存在失败的可能，所以记得判空

调用形式
struct sockaddr_in addr = {0};
addr.sin_family = AF_INET;
addr.sin_port = htons(8888); // 因为本地字节序和网络字节序不一定一致，所以端口号在进入网络之前，一定要转换成大端字节序
addr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.1");
if(connect(server,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr)) == -1){
perror("bind");
}

二.协议包的创建

2.1TCP中的粘包现象

tcp协议为了提高发送的效率，会将短时间连续发送的小数据，当做一组数据统一发送
原理是：
tcp协议本身存在一个1500字节的缓存区，tcp协议每次write发送数据的时候，总是会发送1500个字节
如果发送了n组数据，这n组数据的时间间隔很短，并且数据总大小没有超过1500个字节
那么TCP协议就会将这n组数据全都放到同一个1500字节的缓存区中去，统一发送

2.2 协议包

规定好一组数据的固定大小，以及一组数据里面每个数据占据多少个字节
然后服务器和客户端，全都遵循同样的规定实现数据的收发
这样的规定如果我们把它打包写成具体的代码，打包出来的成果我们就称为协议包

使用协议包的服务器

使用协议包的客户端