第3讲TCP客户端服务器程序示例FTP服务器和客户机.doc

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Ch3TCP客户端－服务器程序示例（FTP服务器和客户机）

1概述

1.1相对完整的客户端－服务器程序，展示编写网络程序的基本过程

1.2分析客户端－服务器程序的各种运行状况

2客户端－服务器通信协议

2.1通信协议－客户端和应用程序对交互信息的格式约定

2.2示例中使用的通信协议

客户端和服务器数据包示例：

3公用函数分析

3.1地址转换函数addr_conv

3.2读取命令头函数read_line

3.3读取指定字节函数read_all

3.4发送指定字节函数write_all

4服务器程序分析

4.1程序流程（见右图）

4.2主要模块分析

l初始化模块

getservbyname

l读取客户端请求模块

read_line函数

read_all函数

l处理客户端请求

l返回服务器响应

write_all函数

5客户端程序分析

5.1程序流程（见右图）

5.2主要模块分析

l初始化模块

命令行参数（服务器IP，端口）

l读取用户输入

ftp命令及命令参数获取（gets函数）

l发送请求给服务器

分别发送命令长度和命令及参数

write_all函数

l读取服务器响应

read_line函数、read_all函数

6程序运行状况分析（使用netstat命令查看socket状态，采用一些程序调试手段）

6.1正常运行状况

l在一个终端启动服务器程序（命令行：

./ftpserver）

显示提示信息，服务器在函数调用accept处阻塞，服务器socket状态为LISTEN

l在另一终端启动客户端程序（命令行：

./ftpclient127.0.0.121）

显示提示信息，服务器socket状态为LISTEN，新生成的连接socket状态为ESTABLISHED，客户端socket状态为ESTABLISHED

l客户端和服务器进行一次通信，过程如下

（1）客户端调用函数gets从控制台读取用户输入

（2）客户端调用write_all函数发送命令长度

（3）客户端调用write_all函数发送命令内容

（4）服务器调用read_line函数读取命令长度

（5）服务器调用read_all函数读取命令内容

（6）服务器处理客户端请求得到响应结果

（7）服务器调用write_all函数发送响应长度

（8）服务器调用write_all函数发送响应内容

（9）客户端调用read_line函数读取响应长度

（10）客户端调用read_all函数读取响应内容

通信过程中的这10个步骤是并行的，没有严格的顺序

l结束通信过程（客户端主动关闭）

（1）客户端通过控制台键入CTRL＋D，使gets函数返回NULL，结束cli_requ函数调用，客户端主函数调用close关闭客户端socket，进入FIN_WAIT1状态

（2）服务器的socket在接收完数据后返回对客户端的FIN字段的确认，进入CLOSE_WAIT状态，客户端进入FIN_WAIT2状态，为了查看这两个状态需要使服务器在调用close函数前暂停（加入getchar函数）

（3）服务器收到客户端的FIN字段时正阻塞在read_line函数的调用过程中，read_line函数将返回0，使得read_requ函数结束，serv_resp函数结束

（4）函数serv_resp结束后，服务器主程序调用函数close关闭socket，服务器发送FIN字段进入LAST_ACK状态，（当网络速度较慢时可以查看到这个状态）客户端TCP协议收到服务器FIN字段之后进入TIME_WAIT状态，并返回对FIN字段的确认，超时后删除客户端socket

（5）服务器继续侦听其他连接请求，处于LISTEN状态

6.2服务器主动关闭连接

为了模拟服务器主动关闭连接，我们在服务器read_requ函数之后加入return语句，函数serv_resp立即返回主程序，调用close函数关闭socket，TCP协议向客户端发送FIN数据段，客户端TCP协议收到FIN数据段后返回确认，进入CLOSE_WAIT状态，服务器进入FIN_WAIT2状态。

客户端在发送完请求后阻塞在函数read_resp中，收到FIN字段将返回主函数，调用函数close关闭socket，TCP协议向服务器发送FIN数据段，服务器确认该数据段进入TIME_WAIT状态。

6.3服务器进程终止

ps–a 得到服务器的进程id

killid 终止服务器进程

l终止服务器进程时没有客户端连接

终止进程，关闭socket

l终止服务器进程时有未完成的客户端连接

服务器终止进程，关闭socket

（1）如果客户端已经收到SYNACK，connect函数成功，接下来向socket写数据时将失败

（2）服务器尚未确认客户端SYN，或SYNACK丢失，connect函数失败

l终止服务器进程时已有客户端建立连接

服务器进程终止，TCP协议向客户端发送FIN数据段，为了模拟客户端在不同时刻收到FIN数据段，在客户端程序3个地方加入getchar暂停程序

（1）客户端在调用第一个write_all函数前收到FIN数据段，认为服务器不再发送数据，但write_all函数成功，数据到达服务器后，服务器将向客户端发送RST数据段，客户端在调用第二个write_all函数时将被SIGPIPE信号中断，显示BrokenPipe

（2）客户端在调用第二个write_all函数前收到FIN数据段，认为服务器不再发送数据，但write_all函数成功，数据到达服务器后，服务器将向客户端发送RST数据段，此时如果在RSt字段没有到达客户端之前调用函数read_resp，由于已经收到FIN字段，read_resp函数将返回0；如果客户端已经收到RST数据段，则返回CONNREST

（3）客户端在调用read_resp函数前收到FIN数据段，read_resp函数返回0

6.4服务器主机崩溃

由于服务器主机复位，或断线会造成这种情况，主机崩溃和进程终止不同，系统不会关闭进程拥有的socket

l客户端在等待服务器数据时服务器主机崩溃

调用read_resp函数过程中服务器主机崩溃，客户端将永远阻塞，除非设置了读超时选项

l客户端向服务器发送数据时服务器主机崩溃

（1）write_all函数成功执行（拷贝到系统缓冲区），read_all函数阻塞，直到TCP协议重发数据达到限制次数后，返回错误ETIMEOUT

（2）当发送数据需要经过路由器时，路由器会发现服务器主机不可达，向客户端返回ICMP消息，函数调用read_all返回错误EHOSTUNREACH。

6.5客户端主机崩溃（类似于服务器主机崩溃）

l服务器接收客户端请求时客户端主机崩溃

服务器的read_requ函数将永远阻塞，由于服务器是循环服务器，因此服务器永远阻塞，导致服务失效，可以采用并发服务器避免

l服务器向客户端返回响应时客户端主机崩溃

write_all函数成功执行（拷贝到系统缓冲区），read_all函数阻塞，直到TCP协议重发数据达到限制次数后，返回错误ETIMEOUT

补充知识：

多源文件程序编译

1．分别编译各个源文件，利用生成的中间文件（后缀为.o）生成可执行程序

gcc–cftpclient.c

gcc–ccomm_func.c

gcc–oftpclientftpclient.ocomm_func.o

2．生成makefile，利用make整体编译

make命令：

make–fmakefile

makefile中最重要的是描述文件的依赖关系，一般格式为

target:

componets 依赖关系

TABrule 规则（TAB不能省略）

l第一种makefile（内容较多，容易理解）

#ftpclientmakefile 注释

ftpclient:

ftpclient.ocomm_func.o

gcc-oftpclientftpclient.ocomm_func.o

#以下为各个组成元素的子元素及生成方法

ftpclient.o:

ftpclient.ccomm_func.h

gcc-cftpclient.c

comm_func.o:

comm_func.ccomm_func.h

gcc-ccomm_func.c

l第二种makefile

$@--目标文件，$^--所有的依赖文件，$<--第一个依赖文件

#ftpclientmakefile

ftpclient:

ftpclient.ocomm_func.o

gcc-o$@$^

ftpclient.o:

ftpclient.ccomm_func.h

gcc-c$<

comm_func.o:

comm_func.ccomm_func.h

gcc-c$<

l第三种makefile

.c.o规则，表示所有的.o文件依赖于对应的.c文件（文件名相同）

#ftpclientmakefile

ftpclient:

ftpclient.ocomm_func.o

gcc-o$@$^

.c.o:

gcc-c$<