【五子棋与Socket - 01】服务端实现思路

需求

1. 服务器需要同时与两个客户端通信，实现对战
   1. 由于两个客户端连接顺序不确定，所以需要动态分配连接端口
   2. 也可使使用多线程实现
2. 服务器需要对两个客户端回传的游戏数据实现转发

与客户端通信

动态分配连接端口

原因

因为我们需要两个客户端同时与服务端通信，且我们的每个客户端并不固定自己是玩家1还是玩家2，自然不能固定地与服务端的某个端口通信
这样就需要一个机制，使两个相同的客户端可以自动地选择通信端口

实现

我们可以使客户端与服务端连接时，进行两次连接，由服务端分配端口；
第一次连接，客户端连接到服务端的一个固定的初始端口，这时服务端接受并分配给客户端一个端口，随后将端口号回传给客户端，然后释放该初始端口；
第二次连接，客户端使用回传的端口号与服务端通信并开始游戏

端口选择

这里我设计一个函数，实现接收客户端的连接并回传端口号，最后回收该初始端口使用的套接字

int init(int cnt) // 初始连接
{
// 创建监听套接字
int fdo = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
if (fdo == -1)
{
perror("socket");
return -1;
}

// 绑定本地IP端口 - 60006
struct sockaddr_in saddro;
saddro.sin_family = AF_INET;
saddro.sin_port = htons(60006);
saddro.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
int reto = bind(fdo, (struct sockaddr*)&saddro, sizeof saddro);
if (reto == -1)
{
perror("bind");
return -1;
}

// 设置监听
reto = listen(fdo, 128);
if (reto == -1)
{
perror("listen");
return -1;
}

// 阻塞并等待客户端连接
struct sockaddr_in caddro;
int addrleno = sizeof caddro;
int cfdo = accept(fdo, (struct sockaddr*)&caddro, &addrleno);
if (cfdo == -1)
{
perror("accept");
return -1;
}

// 回传连接用端口末位数
char lstpt[10];
sprintf(lstpt, "%d", cnt);
int lenlstpt = sizeof lstpt;
send(cfdo, lstpt, lenlstpt, 0);

// 回收套接字
close(fdo);
close(cfdo);
}

• 这个函数首先传入一个数字 - 为第几个连接的客户端
• 这个函数会回传正式连接使用的端口的末位数，在客户端，将60000加上回传的数字即为正式连接的端口号；这个只是我设计的机制，因为我将60000~60010分配给了该项目使用，当然也可以直接回传指定的端口号
• 我使用的初始端口是60006，你可以改为其他端口
• 最后不要忘记回收使用的套接字

端口复用

运行时，当第二个客户端连接时，服务端bind函数会报错：地址已被占用

这是因为TCP协议规定，主动关闭连接的一方处于TIME_WAIT状态，等待两个MSL的时间后才能回到CLOSED状态，这里我们的server端回传端口后就关闭了套接字，所以server是主动关闭连接的一方，在TIME_WAIT期间仍然不能再次监听同样的server 端口。

这里我们可以使用setsockopt函数，设置socket描述符的选项SO_REUSEADDR为1，表示允许创建端口号相同但IP地址不同的多个socket描述符

具体实现：
在socket()函数和bind()函数间插入以下代码：

// 设置端口复用
int opt =1;
setsockopt(fdo, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR,& opt, sizeof(opt));

连接客户端

实现

流程：

1. 客户端第一次连接并获得端口号
2. 客户端使用端口号连接并保持

// 初始连接1
	int retn = init(1);
	if (retn == -1)
	{
		perror("init_1");
		return -1;
	}

	// 连接玩家1

	// 创建监听套接字
	int fd1 = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (fd1 == -1)
	{
		perror("socket");
		return -1;
	}

	// 绑定本地IP端口 - 60001
	struct sockaddr_in saddr1;
	saddr1.sin_family = AF_INET;
	saddr1.sin_port = htons(60001);
	saddr1.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	int ret1 = bind(fd1, (struct sockaddr*)&saddr1, sizeof saddr1);
	if (ret1 == -1)
	{
		perror("bind");
		return -1;
	}

	// 设置监听
	ret1 = listen(fd1, 128);
	if (ret1 == -1)
	{
		perror("listen");
		return -1;
	}

	// 阻塞并等待客户端连接
	struct sockaddr_in caddr1;
	int addrlen1 = sizeof caddr1;
	int cfd1 = accept(fd1, (struct sockaddr*)&caddr1, &addrlen1);
	if (cfd1 == -1)
	{
		perror("accept");
		return -1;
	}

	// 若连接成功，打印客户端的IP与端口信息
	char ip1[32];
	printf("1客户端IP: %s, 端口: %d\n", inet_ntop(AF_INET, &caddr1.sin_addr.s_addr, ip1, sizeof ip1), ntohs(caddr1.sin_port));

	// 初始连接2
	retn = init(2);
	if (retn == -1)
	{
		perror("init_2");
		return -1;
	}

	// 连接玩家2

	// 创建监听套接字
	int fd2 = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);
	if (fd2 == -1)
	{
		perror("socket2");
		return -1;
	}

	// 绑定本地IP端口 - 60002
	struct sockaddr_in saddr2;
	saddr2.sin_family = AF_INET;
	saddr2.sin_port = htons(60002);
	saddr2.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;
	int ret2 = bind(fd2, (struct sockaddr*)&saddr2, sizeof saddr2);
	if (ret2 == -1)
	{
		perror("bind2");
		return -1;
	}

	// 设置监听
	ret2 = listen(fd2, 128);
	if (ret2 == -1)
	{
		perror("listen2");
		return -1;
	}

	// 阻塞并等待客户端连接
	struct sockaddr_in caddr2;
	int addrlen2 = sizeof caddr2;
	int cfd2 = accept(fd2, (struct sockaddr*)&caddr2, &addrlen2);
	if (cfd2 == -1)
	{
		perror("accept2");
		return -1;
	}

	// 若连接成功，打印客户端的IP与端口信息
	char ip2[32];
	printf("2客户端IP: %s, 端口: %d\n", inet_ntop(AF_INET, &caddr2.sin_addr.s_addr, ip2, sizeof ip2), ntohs(caddr2.sin_port));

绑定IP

由于我的服务端架设在云服务器VPS上，与部署在本地或者实体服务器不同；
如果在实体服务器上，那么bind时就应该填写服务器的公网IP；
但是云服务器实际上是多个虚拟机，直接绑定公网IP并不能访问到对应位置，因为服务器内存只有一个内网网卡，外部公网是通过NAT映射方式访问内网网卡业务；
需要绑定0.0.0.0 - 即宏 INADDR_ANY，这个宏的实际值就是0，这时再在外部安全组开放对应端口，就可以访问了；
外部访问时依旧是使用服务器的公网IP访问 - 与实体服务器一样

通信

这里我们只需要与客户端1，2轮流通信即可，于是我们可以使用一个变量tar控制，tar为0时与客户端1通信，tar为1时与客户端2通信；
tar的变动可以反复异或1来实现

// 通信
	int tar = 0; // 规定首先连接为1；后连接为0
	while (1)
	{
		// 切换对象
		tar ^= 1;

		// 给玩家2发信息
		if (tar)
		{
			int len = recv(cfd1, buff, sizeof buff, 0);
			int lennum = sizeof num;
			if (len > 0)
			{ } // 接收到数据

			else if (len == 0)
			{ } // 客户端断开连接
			else
			{
				perror("recv");
				break;
			} //调用失败
		}

		// 给玩家1发信息
		else
		{
			int len = recv(cfd2, buff, sizeof buff, 0);
			int lennum = sizeof num;
			if (len > 0)
			{ } // 接收到数据

			else if (len == 0)
			{ } // 客户端断开连接
			else
			{
				perror("recv");
				break;
			} //调用失败
		}
	}

回收资源

在游戏结束后，不要忘记关闭文件描述符

// 关闭文件描述符
	close(fd1);
	close(cfd1);
	close(fd2);
	close(cfd2);

参考文章

socket 端口复用_socket端口复用-CSDN博客