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C语言实现网络聊天程序的设计与实现（基于TCP协议）_计算机网络实验基于tcp 的聊天室程序实现

作者：很楠不爱3 | 2024-02-26 04:22:27

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计算机网络实验基于tcp 的聊天室程序实现

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        TCP/IP协议介绍

        TCP/IP协议与WinSock网络编程接口的关系

        WinSock编程简单流程

         VC中socket编程

             ·服务器实现

             ·客户端实现

        测试结果

TCP/IP协议介绍

        TCP/IP协议包含的范围非常的广，它是一种四层协议，包含了各种硬件、软件需求的定义。TCP/IP协议确切的说法应该是TCP/UDP/IP协议。UDP协议(User Datagram Protocol 用户数据报协议)，是一种保护消息边界的，不保障可靠数据的传输。TCP协议(Transmission Control Protocol 传输控制协议)，是一种流传输的协议。他提供可靠的、有序的、双向的、面向连接的传输。

        保护消息边界，就是指传输协议把数据当作一条独立的消息在网上传输，接收端只能接收独立的消息。也就是说存在保护消息边界，接收端一次只能接收发送端发出的一个数据包。

        而面向流则是指无保护消息边界的，如果发送端连续发送数据，接收端有可能在一次接收动作中，会接收两个或者更多的数据包。

        举例来说，假如，我们连续发送三个数据包，大小分别是2k、4k、8k，这三个数据包都已经到达了接收端的网络堆栈中，如果使用UDP协议，不管我们使用多大的接收缓冲区去接收数据，我们必须有三次接收动作，才能够把所有的数据包接收完。而使用TCP协议，我们只要把接收的缓冲区大小设置在14k以上，我们就能够一次把所有的数据包接收下来，只需要有一次接收动作。

        这就是因为UDP协议的保护消息边界使得每一个消息都是独立的。而流传输，却把数据当作一串数据流，它不认为数据是一个一个的消息。所以有很多人在使用TCP协议通讯的时候，并不清楚TCP是基于流的传输，当连续发送数据的时候，他们时常会认为TCP会丢包。其实不然，因为当它们使用的缓冲区足够大时，它们有可能会一次接收到两个甚至更多的数据包，而很多人往往会忽视这一点，只解析检查了第一个数据包，而已经接收的其它据包却被忽略了。

TCP/IP协议与WinSock网络编程接口的关系

        WinSock 并不是一种网络协议，它只是一个网络编程接口，也就是说，它不是协议，但是它可以访问很多种网络协议，你可以把它当作一些协议的封装。现在的 WinSock已经基本上实现了与协议无关。你可以使用WinSock来调用多种协议的功能。那么，WinSock和TCP/IP协议到底是什么关系呢？实际上，WinSock就是TCP/IP协议的一种封装，你可以通过调用WinSock的接口函数来调用TCP/IP的各种功能.例如我想用TCP/IP 协议发送数据，你就可以使用WinSock的接口函数Send()来调用TCP/IP的发送数据功能，至于具体怎么发送数据，WinSock已经帮你封装好了这种功能。

WinSock编程简单流程

        WinSock编程分为服务器端和客户端两部分，TCP服务器端的大体流程如下：

        对于任何基于WinSock的编程首先必须要初始化WinSock DLL库。

int WSAStarup( WORD wVersionRequested,LPWSADATA lpWsAData )。

        wVersionRequested是我们要求使用的WinSock的版本。

        调用这个接口函数可以初始化WinSock 。

        然后必须创建一个套接字(Socket)。

SOCKET Socket(int af,int type,int protocol);

        套接字可以说是WinSock通讯的核心。WinSock通讯的所有数据传输，都是通过套接字来完成的，套接字包含了两个信息，一个是IP地址，一个是Port端口号，使用这两个信息，就可以确定网络中的任何一个通讯节点。

        当调用了Socket()接口函数创建了一个套接字后，必须把套接字与你需要进行通讯的地址建立联系，可以通过绑定函数bind来实现这种联系。

  1. int bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen) ;
  2.  
  3. struct sockaddr_in{
  4.  
  5.     short sin_family ;
  6.  
  7.     u_short sin_port;
  8.  
  9.     struct in_addr sin_addr ;
  10.  
  11.     char sin_sero[8] ;
  12.  
  13. }

        就包含了需要建立连接的本地的地址，包括地址族、IP和端口信息。sin_family字段必须把它设为AF_INET，这是告诉WinSock使用的是IP地址族。sin_port就是要用来通讯的端口号。sin_addr就是要用来通讯的IP地址信息。

        在这里，必须还得提一下有关'大头(big-endian)'小头(little-endian)'。因为各种不同的计算机处理数据时的方法是不一样的，Intel X86处理器上是用'小头'形式来表示多字节的编号，就是把低字节放在前面，把高字节放在后面，而互联网标准却正好相反，所以，必须把主机字节转换成网络字节的顺序。WinSock API提供了几个函数。

        把主机字节转化成网络字节的函数;

  1. u_long htonl(u_long hostlong);
  2.  
  3. u_short htons(u_short hostshort);

        把网络字节转化成主机字节的函数;

  1. u_long ntohl(u_long netlong);
  2.  
  3. u_short ntohs(u_short netshort) ;

        这样，设置IP地址和port端口时，就必须把主机字节转化成网络字节后，才能用Bind()函数来绑定套接字和地址。

        当绑定完成之后，服务器端必须建立一个监听的队列来接收客户端的连接请求。

int listen(SOCKET s,int backlog);

        这个函数可以把套接字转成监听模式。

        如果客户端有了连接请求，我们还必须使用

int accept(SOCKET s,struct sockaddr FAR* addr,int FAR* addrlen);

        来接受客户端的请求。

        现在基本上已经完成了一个服务器的建立，而客户端的建立的流程则是初始化WinSock，然后创建Socket套接字，再使用

int connect(SOCKET s,const struct sockaddr FAR* name,int namelen) ;

        来连接服务端。

        下面是一个最简单的创建服务器端和客户端的例子：

        服务器端的创建：

  1. WSADATA wsd;
  2.  
  3. SOCKET sListen;
  4.  
  5. SOCKET sclient;
  6.  
  7. UINT port = 800;
  8.  
  9. int iAddrSize;
  10.  
  11. struct sockaddr_in local , client;
  12.  
  13. WSAStartup( 0x11 , &wsd );
  14.  
  15. sListen = Socket ( AF_INET , SOCK_STREAM , IPPOTO_IP );
  16.  
  17. local.sin_family = AF_INET;
  18.  
  19. local.sin_addr = htonl( INADDR_ANY );
  20.  
  21. local.sin_port = htons( port );
  22.  
  23. bind( sListen , (struct sockaddr*)&local , sizeof( local ) );
  24.  
  25. listen( sListen , 5 );
  26.  
  27. sClient = accept( sListen , (struct sockaddr*)&client , &iAddrSize );

        客户端的创建：

  1. WSADATA wsd;
  2.  
  3. SOCKET sClient;
  4.  
  5. UINT port = 800;
  6.  
  7. char szIp[] = "127.0.0.1";
  8.  
  9. int iAddrSize;
  10.  
  11. struct sockaddr_in server;
  12.  
  13. WSAStartup( 0x11 , &wsd );
  14.  
  15. sClient = Socket ( AF_INET , SOCK_STREAM , IPPOTO_IP );
  16.  
  17. server.sin_family = AF_INET;
  18.  
  19. server.sin_addr = inet_addr( szIp );
  20.  
  21. server.sin_port = htons( port );
  22.  
  23. connect( sClient , (struct sockaddr*)&server , sizeof( server ) );

        当服务器端和客户端建立连接以后，无论是客户端，还是服务器端都可以使用

  1. int send( SOCKET s,const char FAR* buf,int len,int flags);
  2.  
  3. int recv( SOCKET s,char FAR* buf,int len,int flags);

        函数来接收和发送数据，因为，TCP连接是双向的。

        当要关闭通讯连接的时候，任何一方都可以调用

int shutdown(SOCKET s,int how);

        来关闭套接字的指定功能，再调用

int closeSocket(SOCKET s) ;

        来关闭套接字句柄，这样一个通讯过程就算完成了。

        可以参考教材计算机网络（第6版）295页图6-32所示的系统调用使用顺序：

        注意：上面的代码没有任何检查函数返回值，如果你作网络编程就一定要检查任何一个WinSock API函数的调用结果，因为很多时候函数调用并不一定成功。上面介绍的函数，返回值类型是int的话，如果函数调用失败的话，返回的都是SOCKET_ERROR。

VC中socket编程

        ·服务器实现

        服务器端编程的步骤：

        1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

        2：绑定套接字到一个IP地址和一个端口上(bind())；

        3：将套接字设置为监听模式等待连接请求(listen())；

        4：请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept())；

        5：用返回的套接字和客户端进行通信(send()/recv())；

        6：返回，等待另一连接请求；

        7：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

        服务器端代码如下：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <Winsock2.h>
  3. void main()
  4. {
  5. 	WORD wVersionRequested;
  6. 	WSADATA wsaData;
  7. 	int err;
  8. 	
  9. 	wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );
  10. 	
  11. 	err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
  12. 	if ( err != 0 ) {
  13. 		return;
  14. 	}
  15. 	
  16. 	if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
  17. 		WSACleanup( );
  18. 		return;
  19. 	}
  20. 	SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  21. 	
  22. 	SOCKADDR_IN addrSrv;
  23. 	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);
  24. 	addrSrv.sin_family=AF_INET;
  25. 	addrSrv.sin_port=htons(6000);
  26. 	
  27. 	bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
  28. 	
  29. 	listen(sockSrv,5);
  30. 	
  31. 	SOCKADDR_IN addrClient;
  32. 	int len=sizeof(SOCKADDR);
  33. 	while(1){
  34. 		SOCKET sockConn=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);
  35. 		char sendBuf[50];
  36. 		sprintf(sendBuf,"Welcome %s to here!",inet_ntoa(addrClient.sin_addr));
  37. 		send(sockConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);
  38. 		char recvBuf[50];
  39. 		recv(sockConn,recvBuf,50,0);
  40. 		printf("%s\n",recvBuf);
  41. 		closesocket(sockConn);
  42. 	}
  43. }

        ·客户端实现

        客户端编程的步骤：

        1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket())；

        2：向服务器发出连接请求(connect())；

        3：和服务器端进行通信(send()/recv())；

        4：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup())。

        客户端的代码如下：

  1. #include <stdio.h>
  2. #include <Winsock2.h>
  3. void main()
  4. {
  5. 	WORD wVersionRequested;
  6. 	WSADATA wsaData;
  7. 	int err;
  8. 	
  9. 	wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );
  10. 	
  11. 	err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData );
  12. 	if ( err != 0 ) {
  13. 		return;
  14. 	}
  15. 	if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) {
  16. 		WSACleanup( );
  17. 		return;
  18. 	}
  19. 	SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
  20. 	
  21. 	SOCKADDR_IN addrSrv;
  22. 	addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1");
  23. 	addrSrv.sin_family=AF_INET;
  24. 	addrSrv.sin_port=htons(6000);
  25. 	connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR));
  26. 	send(sockClient,"hello",strlen("hello")+1,0);
  27. 	char recvBuf[50];
  28. 	recv(sockClient,recvBuf,50,0);
  29. 	printf("%s\n",recvBuf);
  30. 	closesocket(sockClient);
  31. 	WSACleanup();
  32. }

测试结果

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