筆者在工作中，常常接觸到網(wǎng)絡通訊相關的內容，經(jīng)常需要著手解決一些網(wǎng)絡通訊相關的疑難雜癥。排查網(wǎng)絡問題的時候，往往需要借助一些工具，而很多時候自己想要的功能，網(wǎng)上又未能找到匹配度高的exe工具。無奈之下，有的時候就不能不自己碼代碼，寫一些【為我所用】的測試代碼，來幫助自己完成問題的排查。

? 本文主要介紹一個TCP服務器端的測試程序，它的主要功能是：接收TCP客戶端的連接，當收到客戶端發(fā)送的消息后，立刻給客戶端回復收到的消息；這個功能，通俗來講，就叫【回顯】。別看它很簡單，但是在實際排查網(wǎng)絡問題時，確實非常地有效。

? 通過本文的閱讀，你將了解到以下內容：

• TCP客戶端/服務器代碼邏輯的剖析
• TCP服務器端如何獲取客戶端的IP地址和端口信息
• TCP回顯測試服務器的使用和驗證

? 鑒于筆者主要集中在Linux環(huán)境編程，以下所有講解都是基于Linux環(huán)境；如在Windows環(huán)境下編程，可能需要更改相應的網(wǎng)絡編程API，修改后的功能讀者自行驗證。

TCP客戶端/服務器代碼邏輯的剖析

? 在Linux環(huán)境下，要實現(xiàn)網(wǎng)絡通訊，我們一般采用的都是socket編程；但是，Linux環(huán)境下的socket編程是一個大類，并不僅僅只有網(wǎng)絡編程才是socket編程，有一種叫Unix Domain Socket編程，它也叫socket編程。只不過它一般不用于遠程的網(wǎng)絡通訊，而是用于本地（當前主機環(huán)境內）進程之間的通訊。曾經(jīng)就因為這個問題，筆者在一次面試中，就被見多識廣的面試官DISS了一番，希望大家也補補這方面的知識。以下部分講述的主要是基于局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)的網(wǎng)絡socket編程。

? 在網(wǎng)絡socket編程中，會有2種不同的【身份】：客戶端和服務器?！究蛻舳恕恐傅氖?，網(wǎng)絡連接的發(fā)起方，作為網(wǎng)絡處理的請求方，向對端請求某種服務?！痉掌鳌恐傅氖牵W(wǎng)絡連接的被動連接方，一般它不能主動連接別人，只能監(jiān)聽客戶端的連接，待它收到客戶端的服務請求后，會對客戶端的服務請求做出響應；通常服務器的運行模式是一個服務器可對應N個客戶端。

? 在TCP socket 網(wǎng)絡編程中，客戶端的代碼邏輯一般是：

【 socket -> bind -> connect -> send -> recv -> close 】
socket：創(chuàng)建一個socket套接字，用于執(zhí)行此次網(wǎng)絡連接
bind：將服務器的信息(主要是ip和端口)與創(chuàng)建的socket綁定
connect: 向服務器發(fā)起網(wǎng)絡連接請求
send: 將客戶端的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器端
recv: 接收服務器回應的處理數(shù)據(jù)
close: 關閉socket套接字，釋放對應的系統(tǒng)資源

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? 對應的，TCP服務器的代碼邏輯一般是:

【 socket -> bind -> listen -> accept -> recv -> send -> close 】
socket：創(chuàng)建一個socket套接字，用于執(zhí)行此次服務器的網(wǎng)絡服務
bind：將當前需要創(chuàng)建的服務器的信息(主要是ip和端口)與創(chuàng)建的socket綁定，該ip和端口就是客戶端bind操作時需要用到的ip和端口
listen: 設置socket套接字執(zhí)行監(jiān)聽，此處可以設置服務器最多能同時接收多少個客戶端的連接
accept: 接受客戶端的連接請求，此處對應的就是客戶端的connect操作
recv: 接收客戶端發(fā)送的請求數(shù)據(jù)
send: 將處理完的請求數(shù)據(jù)發(fā)送到客戶端
close: 關閉socket套接字，釋放對應的系統(tǒng)資源

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? 了解了TCP客戶端和服務器的基本代碼邏輯后，我們直接附上tcp-echo-服務器的測試代碼：tcp_server_echo.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define MAX_CLINET_NUM 10 /** 最大客戶端連接數(shù)，可根據(jù)實際情況增減 */

/** 使用hexdump格式打印數(shù)據(jù)的利器 */
static void hexdump(const char *title, const void *data, unsigned int len)
{
    char str[160], octet[10];
    int ofs, i, k, d;
    const unsigned char *buf = (const unsigned char *)data;
    const char dimm[] = "+------------------------------------------------------------------------------+";

    printf("%s (%d bytes)\n", title, len);
    printf("%s\r\n", dimm);
    printf("| Offset  : 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F   0123456789ABCDEF |\r\n");
    printf("%s\r\n", dimm);

    for (ofs = 0; ofs < (int)len; ofs += 16) {
        d = snprintf( str, sizeof(str), "| %08x: ", ofs );
        for (i = 0; i < 16; i++) {
            if ((i + ofs) < (int)len)
                snprintf( octet, sizeof(octet), "%02x ", buf[ofs + i] );
            else
                snprintf( octet, sizeof(octet), "   " );

            d += snprintf( &str[d], sizeof(str) - d, "%s", octet );
        }
        d += snprintf( &str[d], sizeof(str) - d, "  " );
        k = d;

        for (i = 0; i < 16; i++) {
            if ((i + ofs) < (int)len)
                str[k++] = (0x20 <= (buf[ofs + i]) &&  (buf[ofs + i]) <= 0x7E) ? buf[ofs + i] : '.';
            else
                str[k++] = ' ';
        }

        str[k] = '\0';
        printf("%s |\r\n", str);
    }

    printf("%s\r\n", dimm);
}

/** 獲取客戶端的ip和端口信息 */
static int get_clinet_ip_port(int sock, char *ip_port, int len, int *port)
{
    struct sockaddr_in sa;
    int sa_len;
	
    sa_len = sizeof(sa);
    if(!getpeername(sock, (struct sockaddr *)&sa, &sa_len)) {
        *port = ntohs(sa.sin_port);
        snprintf(ip_port, len, "%s", inet_ntoa(sa.sin_addr));
    }
    return 0;
}


/** 服務器端處理客戶端請求數(shù)據(jù)的線程入口函數(shù) */
static void *client_deal_func(void* arg)
{
    nt client_sock = *(int *)arg;
	
    while(1) {  
        char buf[4096];
        int ret;
		
        memset(buf,'\0',sizeof(buf));
        ret = read(client_sock,buf,sizeof(buf)); /* 讀取客戶端發(fā)送的請求數(shù)據(jù) */
        if (ret <= 0) {
            break; /* 接收出錯，跳出循環(huán) */
        }

        hexdump("server recv:", buf, ret);
        ret = write(client_sock, buf, ret); /* 將收到的客戶端請求數(shù)據(jù)發(fā)送回客戶端，實現(xiàn)echo的功能 */
        if( ret < 0) {
            break; /* 發(fā)送出錯，跳出循環(huán) */
        }
    }
	
    close(client_sock);
}

/** 服務器主函數(shù)入口，接受命令參數(shù)輸入，指定服務器監(jiān)聽的端口號 */
int main(int argc, char **argv)
{
    int ret;
    int ser_port = 0;
    int ser_sock = -1;
    int client_sock = -1;
    struct sockaddr_in server_socket;
    struct sockaddr_in socket_in;
    pthread_t thread_id;  
    int val = 1;
	
    /* 命令行參數(shù)的簡單判斷和help提示 */
    if(argc != 2) {
        printf("usage: ./client [port]\n");
        ret = -1;
        goto exit_entry;
    }
	
    /* 讀取命令行輸入的服務器監(jiān)聽的端口 */
    ser_port = atoi(argv[1]);
    if (ser_port <=0 || ser_port >= 65536) {
        printf("server port error: %d\n", ser_port);
        ret = -2;
        goto exit_entry;
    }
	
    /* 創(chuàng)建socket套接字 */
    ser_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    if(ser_sock < 0) {
        perror("socket error");
        return -3;
    }
		
    /* 設置socket屬性，使得服務器使用的端口，釋放后，別的進程立即可重復使用該端口 */
    ret = setsockopt(ser_sock, SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR, (void *)&val, sizeof(val));
    if(ret == -1) {
        perror("setsockopt");
        return -4;
    }
	
    bzero(&server_socket, sizeof(server_socket));
    server_socket.sin_family = AF_INET;
    server_socket.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); //表示本機的任意ip地址都處于監(jiān)聽
    server_socket.sin_port = htons(ser_port);
	
    /* 綁定服務器信息 */
    if(bind(ser_sock, (struct sockaddr*)&server_socket, sizeof(struct sockaddr_in)) < 0) {
        perror("bind error");
        ret = -5;
        goto exit_entry;
    }
	
    /* 設置服務器監(jiān)聽客戶端的最大數(shù)目 */
    if(listen(ser_sock, MAX_CLINET_NUM) < 0) { 
        perror("listen error");
        ret = -6;
        goto exit_entry;
    }
	
    printf("TCP server create success, accepting clients ...\n");
    for(;;) { /* 循環(huán)等待客戶端的連接 */
        char buf_ip[INET_ADDRSTRLEN];		
        socklen_t len = 0;
        client_sock = accept(ser_sock, (struct sockaddr*)&socket_in, &len);
        if(client_sock < 0) {
            perror("accept error");
            ret = -7;
            continue;
        }		
        
        {
            char client_ip[128];
            int client_port;
            get_clinet_ip_port(client_sock, client_ip, sizeof(client_ip), &client_port);
            /* 打印客戶端的ip和端口信息 */
            printf("client connected [ip: %s, port :%d]\n", client_ip, client_port);
        }
		
        /* 使用多線程的方式處理客戶端的請求，每接收一個客戶端連接，啟動一個線程處理對應的數(shù)據(jù) */
        pthread_create(&thread_id, NULL, (void *)client_deal_func, (void *)&client_sock);  
        pthread_detach(thread_id); 
    }
	
exit_entry:
    if (ser_sock >= 0) {
        close(ser_sock); /* 程序退出前，釋放socket資源 */
    }
    return 0;
}

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TCP服務器端如何獲取客戶端的IP地址和端口信息

? 如上的測試代碼中，有這么一個函數(shù)：

/** 獲取客戶端的ip和端口信息 */
static int get_clinet_ip_port(int sock, char *ip_port, int len, int *port)
{
    struct sockaddr_in sa;
    int sa_len;
	
    sa_len = sizeof(sa);
    if(!getpeername(sock, (struct sockaddr *)&sa, &sa_len)) {
        *port = ntohs(sa.sin_port);
        snprintf(ip_port, len, "%s", inet_ntoa(sa.sin_addr));
    }
    return 0;
}

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-s92JFClt-1661923478839)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]

? get_clinet_ip_port函數(shù)是在服務器成功接受了客戶端的連接之后被調用，sock是該通訊鏈路對應的socket通道，函數(shù)內部通過getpeername接口，取得對方（客戶端）的地址信息，存放在結構體sa中；接著使用ntohs將sa中的端口信息轉成int類型，通過函數(shù)的入?yún)ort傳遞出去；使用inet_ntoa將sa中的ip地址信息轉成字符串類型，通過函數(shù)的入?yún)p傳遞出去。這樣，函數(shù)的調用者，通過ip和port變量就取得了客戶端的ip和端口信息了。下面會給出，這個函數(shù)成功調用后，打印出的客戶端信息范例。

TCP回顯測試服務器的使用和驗證

? 有了tcp-server-echo的代碼，我們就可以執(zhí)行編譯、測試了。編譯程序，在Linux控制臺如下輸入：

gcc tcp_server_echo.c -o tcp_server_echo -lpthread

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? 加上-lpthread表示鏈接多線程庫，因為程序中用到了多線程操作。正常編譯成功后，就可以在當前工程目錄看到tcp_server_echo文件的存在，這個就是我們編譯出來的可執(zhí)行文件。

? 編譯成功后，使用以下命令啟動服務器，其中6210表示啟動服務器需要監(jiān)聽的端口號；注意，啟動服務器時一定要輸入監(jiān)聽的端口號，否則啟動會報錯。

./tcp_server_echo 6210

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-RpaaPcOC-1661923478843)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]

? 以下是筆者使用該測試服務器對客戶端的連接做echo測試，記錄如下：

? 服務器端的輸出：

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-3rgsFgSy-1661923478845)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]編輯

? 以下是客戶端對應的接收的3組echo請求數(shù)據(jù)：

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-JZv1RaVq-1661923478849)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]編輯

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-k63YVfFw-1661923478850)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]編輯

[外鏈圖片轉存失敗,源站可能有防盜鏈機制,建議將圖片保存下來直接上傳(img-cVqFINIm-1661923478852)(data:image/gif;base64,R0lGODlhAQABAPABAP///wAAACH5BAEKAAAALAAAAAABAAEAAAICRAEAOw==)]編輯

? 經(jīng)對比可以發(fā)現(xiàn)，echo的數(shù)據(jù)與客戶端發(fā)送的原始請求數(shù)據(jù)是一致的，證明echo-server運行是完全沒有問題的。

? 綜述，靈活使用好這個echo服務器可以高效地對客戶端的網(wǎng)絡做一些排查工作，比如通過客戶端去連接這個echo服務器，就可以很快知道客戶端當前的網(wǎng)絡環(huán)境是不是暢通的？數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收功能是否是正常的？還可以大致分析出客戶端網(wǎng)絡通訊的瓶頸，究竟是連接耗時還是數(shù)據(jù)發(fā)送耗時，還是數(shù)據(jù)接收耗時，具體的耗時大致是什么級別，等等。

? 話又說回來，文中的echo服務器代碼畢竟僅僅是測試代碼，僅用于應對一些網(wǎng)絡測試功能；如果真要應用在正式的生產(chǎn)環(huán)境，那其中的個別代碼還需要進一步斟酌、優(yōu)化，這部分的工作就交給有心的讀者吧。如果讀者在閱讀文本的過程中，發(fā)現(xiàn)有紕漏之處，可以隨時與筆者聯(lián)系，歡迎您的指正。謝謝。