Windows下VScode實現簡單回聲服務的方法

Posted on 2021-08-13 by WalkonNet

1. 相關知識

1.1 什麼是回聲服務

回聲服務端可以將客戶端傳來的信息，再原封不動地發送給客戶端，因而得名 epoch 服務。服務端 server 和客戶端 client 基於 TCP 進行通信。

1.2 服務端、客戶端如何交互

下圖給出瞭基於 TCP 的服務器端和客戶端的交互過程。
首先服務端創建 socket 套接字，之後調用 bind 函數分配服務端 socket 地址，調用 listen 函數使服務端進入監聽狀態，同時維護一個半連接隊列。服務端之後會調用 accept 函數，進入阻塞狀態。accept 函數會從全連接的隊列中取出一個連接進行處理。TCP 連接建立完成之後，服務端和客戶端即可通過 send 和 recv 發送和接收數據。
註意：服務端調用 listen 函數進入等待連接狀態後，客戶端才能調用 connect 函數發起連接請求。

在這裡插入圖片描述

服務端和客戶端交互就是一種通信過程，它們基於 TCP 實現 socket 通信。TCP 協議中有三次握手、四次揮手的協議內容，如下圖所示。

在這裡插入圖片描述

服務端和客戶端通過三次握手建立連接，四次揮手斷開連接。
具體到socket編程實現，則是通過 listen 和 connect 函數實現 TCP 連接的建立，通過 close 函數關閉 socket 套接字，實現TCP連接的斷開。

2. socket 編程

下面分別介紹客戶端和服務端的常用函數和具體實現過程。

2.1 服務端

服務端的實現過程如下圖所示。

在這裡插入圖片描述

下面給出實現基於TCP的服務端的常用函數。

1.首先需要對 Winsock 套接字庫進行初始化，調用 WSAStartup 函數。
下面給出 WSAStartup 函數調用的基本格式，一般隻需調用即可，無需瞭解參數含義。

#include <winsock2.h>
int main(int argc, char* argv[])
{
	WSADATA wsaData;
	if(WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData)!=0)
	ErrorHandling("WSAStartup() error!"); 
	return 0;
}

成功時返回 0 ，失敗返回非零的錯誤代碼值。

2.創建 socket 套接字

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

成功時返回套接字句柄，失敗返回 INVALID_SOCKET。

3.調用 bind 函數，為套接字分配 IP 地址和端口號

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

成功時返回 0，失敗返回 SOCKET_ERROR。

4.調用 listen 函數，監聽客戶端連接

int listen(SOCKET s, int backlog);

成功時返回 0 ，失敗返回 SOCKET_ERROR 。

5.調用 accept 函數，允許客戶端連接

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

成功時返回套接字句柄，失敗返回 INVALID_SOCKET 。

6.調用 send 函數，給連接的客戶端發送數據

int send(SOCKET s, const char * buf, int len, int flags):

成功時返回傳輸字節數，失敗返回 SOCKET_ERROR 。

7.調用 recv 函數，接收連接的客戶端發來的數據

int recv(SOCKET s, const char * buf, int len, int flags);

成功時返回接收字節數，失敗返回 SOCKET_ERROR 。

8.調用 close 函數，關閉套接字。

int closesocket(SOCKET s);

成功時返回 0 ，失敗時返回 SOCKET_ERROR 。

9.註銷 Winsock 相關庫

int WSACleanup(void);

成功時返回 0 ，失敗時返回 SOCKET_ERROR 。

2.2 客戶端

客戶端的實現過程如下圖所示。

在這裡插入圖片描述

下面給出實現基於TCP的客戶端的常用函數。

1.創建 socket 套接字

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

成功時返回套接字句柄，失敗返回 INVALID_SOCKET。

2.調用connect函數，發起連接請求

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

成功時返回 0，失敗返回 SOCKET_ERROR。

3.調用 send 函數，給連接的服務端發送數據

int send(SOCKET s, const char * buf, int len, int flags):

成功時返回傳輸字節數，失敗返回 SOCKET_ERROR 。

4.調用 recv 函數，接收連接的服務端發來的數據

int recv(SOCKET s, const char * buf, int len, int flags);

成功時返回接收字節數，失敗返回 SOCKET_ERROR 。

5.調用 close 函數，斷開連接。

int closesocket(SOCKET s);

成功時返回 0 ，失敗時返回 SOCKET_ERROR 。

3. demo展示

3.1 服務端源代碼

回聲服務端的C++代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>
#pragma comment(lib, "ws2_32.lib")
#define BUF_SIZE 1024

void ErrorHandling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
  WSADATA wsaData;
  SOCKET hServSock, hClntSock;
  char message[BUF_SIZE];
  int strLen, i;

  SOCKADDR_IN servAdr, clntAdr;
  int clntAdrSize;

  if (argc != 2)
  {
    printf("Usage : %s <port>\n", argv[0]);
    exit(1);
  }

  if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
    ErrorHandling("WSAStartup() error!");

  hServSock = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if (hServSock == INVALID_SOCKET)
    ErrorHandling("socket() error");

  memset(&servAdr, 0, sizeof(servAdr));
  servAdr.sin_family = AF_INET;
  /*servAdr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);*/
  servAdr.sin_addr.s_addr = inet_addr("127.0.0.1");
  servAdr.sin_port = htons(atoi(argv[1]));

  if (bind(hServSock, (SOCKADDR *)&servAdr, sizeof(servAdr)) == SOCKET_ERROR)
    ErrorHandling("bind() error");

  if (listen(hServSock, 5) == SOCKET_ERROR)
    ErrorHandling("listen() error");

  clntAdrSize = sizeof(clntAdr);

  for (i = 0; i < 5; i++)
  {
    hClntSock = accept(hServSock, (SOCKADDR *)&clntAdr, &clntAdrSize);
    if (hClntSock == -1)
      ErrorHandling("accept() error");
    else
      printf("Connected client %d \n", i + 1);

    while ((strLen = recv(hClntSock, message, BUF_SIZE, 0)) != 0)
      send(hClntSock, message, strLen, 0);

    closesocket(hClntSock);
  }

  closesocket(hServSock);
  printf("game over");
  WSACleanup();
  return 0;
}

void ErrorHandling(char *message)
{
  fputs(message, stderr);
  fputc('\n', stderr);
  exit(1);
}

註意：運行服務端代碼時，須加入命令行參數（端口號）。如代碼所示， IP 地址已經綁定 127.0.0.1。配置 tasks.json 如下所示。

{
  "version": "2.0.0",
  "tasks": [
    {
      "type": "shell",
      "label": "C/C++: g++.exe build active file",
      "command": "E:\\mingw64\\bin\\g++.exe",
      "args": [
        "-g",
        "${file}",
        "-lws2_32",
        "-o",
        "${fileDirname}\\${fileBasenameNoExtension}.exe"
      ],
      "options": {
        "cwd": "${workspaceFolder}"
      },
      "problemMatcher": ["$gcc"],
      "group": {
        "kind": "build",
        "isDefault": true
      }
    }
  ]
}

配置信息 launch.json 如下。

{
  // Use IntelliSense to learn about possible attributes.
  // Hover to view descriptions of existing attributes.
  // For more information, visit: https://go.microsoft.com/fwlink/?linkid=830387
  "version": "0.2.0",
  "configurations": [
    {
      "name": "(gdb) 啟動",
      "type": "cppdbg",
      "request": "launch",
      "program": "${fileDirname}/${fileBasenameNoExtension}.exe",
      "args": ["9190"],
      "stopAtEntry": false,
      "cwd": "${workspaceFolder}",
      "environment": [],
      "externalConsole": false,
      "MIMode": "gdb",
      "miDebuggerPath": "E:\\mingw64\\bin\\gdb.exe",
      "setupCommands": [
        {
          "description": "為 gdb 啟用整齊打印",
          "text": "-enable-pretty-printing",
          "ignoreFailures": true
        }
      ]
    }
  ]
}

3.2 客戶端源代碼

回聲客戶端的C++代碼

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <winsock2.h>

#define BUF_SIZE 1024

void ErrorHandling(char *message);

int main(int argc, char *argv[])
{
  WSADATA wsaData;
  SOCKET hSocket;
  char message[BUF_SIZE];
  int strLen;
  SOCKADDR_IN servAdr;

  if (argc != 3)
  {
    printf("Usage : %s <IP> <port>\n", argv[0]);
    exit(1);
  }

  if (WSAStartup(MAKEWORD(2, 2), &wsaData) != 0)
    ErrorHandling("WSAStartup() error!");

  hSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
  if (hSocket == INVALID_SOCKET)
    ErrorHandling("socket() error");
  printf("%s\n", argv[0]);
  printf("%s\n", argv[1]);
  printf("%s\n", argv[2]);
  memset(&servAdr, 0, sizeof(servAdr));
  servAdr.sin_family = AF_INET;
  servAdr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
  servAdr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
  if (connect(hSocket, (SOCKADDR *)&servAdr, sizeof(servAdr)) == SOCKET_ERROR)
    ErrorHandling("connect() error!");
  else
    puts("Connected...........");

  while (1)
  {
    fputs("Input message(Q to quit): ", stdout);
    fgets(message, BUF_SIZE, stdin);

    if (!strcmp(message, "q\n") || !strcmp(message, "Q\n"))
      break;

    send(hSocket, message, strlen(message), 0);
    strLen = recv(hSocket, message, BUF_SIZE - 1, 0);
    printf("Message from server: %s", message);
  }

  closesocket(hSocket);
  WSACleanup();
  return 0;
}

void ErrorHandling(char *message)
{
  fputs(message, stderr);
  fputc('\n', stderr);
  exit(1);
}

同樣，客戶端也需要加入命令行參數 127.0.0.1 9190運行。可以通過修改配置文件生成客戶端。
也可以通過cmd或者終端生成客戶端。cmd 方式如下：
首先通過 g++ 編譯器對 client.cpp 文件進行編譯生成 .exe 文件。
之後在終端中，輸入 client.exe 127.0.0.1 9190 即可創建客戶端。

3.3 運行結果

服務端可以服務 5 個客戶端，即 accept 隊列長度為 5。
客戶端的運行結果如下，前5個客戶端均與服務端連接成功，可以收到“回聲”。第6次連接時，由於服務端斷開連接，所以產生連接錯誤。

在這裡插入圖片描述

服務端的運行結果如下圖所示。服務端可以連接5個客戶端，之後服務端將斷開連接。並顯示 “game over”。

在這裡插入圖片描述

參考鏈接

深入理解TCP協議與UDP協議的原理及區別

VScode官方文檔

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Windows下VScode實現簡單回聲服務的方法

目錄

1. 相關知識

1.1 什麼是回聲服務

1.2 服務端、客戶端如何交互

2. socket 編程

2.1 服務端

2.2 客戶端

3. demo展示

3.1 服務端源代碼

3.2 客戶端源代碼

3.3 運行結果

參考鏈接

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目錄

1. 相關知識

1.1 什麼是回聲服務

1.2 服務端、客戶端如何交互

2. socket 編程

2.1 服務端

2.2 客戶端

3. demo展示

3.1 服務端源代碼

3.2 客戶端源代碼

3.3 運行結果

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