1. 基于UDP的TFTP文件传输上传下载完整版本

news/2024/5/18 14:26:49 标签: udp, 单片机, 网络协议

1）tftp协议概述

简单文件传输协议，适用于在网络上进行文件传输的一套标准协议，使用UDP传输

特点：

是应用层协议

基于UDP协议实现

数据传输模式

octet：二进制模式（常用）

mail：已经不再支持

2）tftp下载模型

TFTP通信过程总结

  1. 服务器在69号端口等待客户端的请求
  2. 服务器若批准此请求，则使用 临时端口 与客户端进行通信。
  3. 每个数据包的编号都有变化（从1开始）
  4. 每个数据包都要得到ACK的确认，如果出现超时，则需要重新发送最后的数据包或ACK包
  5. 数据长度以512Byte传输的，小于512Byte的数据意味着数据传输结束。

3）tftp协议分析

差错码：

0 未定义,差错错误信息

1 File not found.

2 Access violation.

3 Disk full or allocation exceeded.

4 illegal TFTP operation.

5 Unknown transfer ID.

6 File already exists.

7 No such user.

8 Unsupported option(s) requested.

#include <head.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#define PORT 69               //1024~49151
#define IP "192.168.122.49"    //
 
int do_download(int sfd, struct sockaddr_in sin);
int do_upload(int sfd, struct sockaddr_in sin);
 
int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建报式套接字
    int sfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);
    if(sfd < 0)
    {
        ERR_MSG("socket");
        return -1;
    }
    printf("socket create success  sfd=%d __%d__\n", sfd, __LINE__);
 
    //绑定--->非必须绑定
    //如果不绑定，操作系统会自动绑定本机IP，从49152~65535范围内随机一个未被使用的端口号
    
    //填充服务器的地址信息结构体
    //供给下面的sendto使用，
    struct sockaddr_in sin;
    sin.sin_family         = AF_INET;     //必须填AF_INET;
    sin.sin_port         = htons(PORT);     //服务器绑定的端口，网络字节序
    sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);     //服务器绑定的IP，本机IP ifconfig
    
    char choose = 0;
    while(1)
    {
        printf("----------------------------\n");
        printf("----------1. 下载-----------\n");
        printf("----------2. 上传-----------\n");
        printf("----------3. 退出-----------\n");
        printf("----------------------------\n");
        printf("请输入>>> ");
        choose = getchar();
        while(getchar()!=10);
 
        switch(choose)
        {
        case '1':
            do_download(sfd, sin);
            break;
        case '2':
            do_upload(sfd, sin);
            break;
        case '3':
            goto END;
            break;
        default:
            printf("输入错误，请重新输入\n");
            break;
        }
    }
END:
    //关闭所有文件描述符
    close(sfd);
    return 0;
}
 
int do_upload(int sfd, struct sockaddr_in sin)
{
    int ret_val = 0;
    char filename[20] = "";
    printf("请输入要上传的文件名>>> ");
    scanf("%s", filename);
    while(getchar()!=10);
 
    //判断文件存不存在
    int fd = open(filename, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        ERR_MSG("open");
        return -1;
    }
 
 
    //发送上传请求
    //组上传请求包
    char buf[516] = "";
    char *ptr = buf;
	unsigned short *p1 = (unsigned short*)buf;
	*p1 = htons(2);
	char *p2 = buf + 2;
	strcpy(p2,filename);
	char *p3 = p2 + strlen(p2)+1;
	strcpy(p3,"octet");
	//计算大小
	int size =2+strlen(filename)+7;
    //sendto 
    if(sendto(sfd, buf, size, 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
    {
        ERR_MSG("sendto");
        return -1;
    }
 
    socklen_t addrlen = sizeof(sin);
    ssize_t res = 0;
    unsigned short num = 0;      //本地记录的快编号
 
    while(1)
    {
        bzero(buf, sizeof(buf));
        //接收服务器的应答
        res = recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sin, &addrlen);
        if(res < 0)
        {
            ERR_MSG("recvfrom");
            ret_val = -1;
            break;
        }
        //printf("res = %ld   __%d__\n", res, __LINE__);
        //printf("0:%d 1:%d 2:%d 3:%d\n", buf[0], buf[1], buf[2], buf[3]);
    
        if(4 == buf[1])
        {
            if(htons(num) == *(unsigned short*)(buf+2))
            {
                //组数据包给服务器
                num++;
                *(unsigned short*)buf = htons(3);
                *(unsigned short*)(buf+2) = htons(num);
 
                res = read(fd, buf+4, 512);
                if(res < 0)
                {
                    ret_val = -1;
                    break;
                }
                else if(0 == res)
                {
                    printf("文件：%s 上传完毕\n", filename);
                    break;
                }
 
                //发送数据包
                if(sendto(sfd, buf, res+4, 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
                {
                    ERR_MSG("sendto");
                    return -1;
                }
            }
        }
        else if(5 == buf[1])//错误包
        {
            printf("MSG_ERR: code[%d] msg[%s] __%d__\n", \
                    ntohs(*(unsigned short*)(buf+2)), buf+4, __LINE__);
            ret_val = -1;
            break;
        }
 
    }
 
    close(fd);
    return ret_val;
}
 
 
 
 
int do_download(int sfd, struct sockaddr_in sin)
{
    int ret_val = 0;
    char buf[516] = "";
 
    char filename[20] = "";
    printf("请输入要下载的文件名>>> ");
    scanf("%s", filename);
    while(getchar()!=10);
 
    //发送下载请求
    //组协议包
    char *ptr = buf;
	unsigned short *p1 = (unsigned short*)buf;
	*p1 = htons(1);
	char *p2 = buf + 2;
	strcpy(p2,filename);
	char *p3 = p2 + strlen(p2)+1;
	strcpy(p3,"octet");
	//计算大小
	int size =2+strlen(filename)+7;
    //sendto 
    if(sendto(sfd, buf, size, 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
    {
        ERR_MSG("sendto");
        return -1;
    }
 
    //本地创建并打开要下载的文件
    int fd = -1;     //必须初始化一个无意义的文件描述符，否则下面的close
 
    socklen_t addrlen = sizeof(sin);
    ssize_t res = 0;
    unsigned short num = 0;      //本地记录的快编号
 
    //循环接收数据包，回复ACk
    while(1)
    {
        bzero(buf, sizeof(buf));
        //接收数据包
        res = recvfrom(sfd, buf, sizeof(buf), 0, (struct sockaddr*)&sin, &addrlen);
        if(res < 0)
        {
            ERR_MSG("recvfrom");
            ret_val = -1;
            break;
        }
        //printf("res = %ld   __%d__\n", res, __LINE__);
 
        //printf("0:%d 1:%d 2:%d 3:%d\n", buf[0], buf[1], buf[2], buf[3]);
 
        //if(ntohs(*(unsigned short*)buf) == 3)
        //由于操作码占两个字节的无符号整数，所以传输的时候以大端传输
        //所有有效差错码，会存储在高地址上，即存储在buf[1]位置，buf[0]中存储的是0
 
        if(3 == buf[1])     //数据包
        {
            //UDP可能会数据重复，为了防止重复收包。
            //则在本地记录了一下服务器回过来的快编号，每次处理前，先判断快编号是否正确
            if(htons(num+1) == *(unsigned short*)(buf+2))
            {
                num++;
 
                if(-1 == fd)
                {
                    fd = open(filename, O_WRONLY|O_CREAT|O_TRUNC, 0664);
                    if(fd < 0)
                    {
                        ERR_MSG("open");
                        ret_val = -3;
                        break;
                    }
                }
 
                //将获取到的数据，写入到文件中
                if(write(fd, buf+4, res-4) < 0)
                {
                    ERR_MSG("write");
                    ret_val = -3;
                    break;
                }
 
                //回复ACK，数据包前四个字节与ACK包基本一致
                //只有操作码不一致，有效操作码在buf[1]的位置，直接将buf[1]从3，修改成4即可。
                buf[1] = 4;
                if(sendto(sfd, buf, 4, 0, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
                {
                    ERR_MSG("sendto");
                    ret_val = -1;
                    break;
                }
 
                if(res-4 < 512)
                {
                    printf("======= 文件下载完毕 =======\n");
                    break;
                }
            }
        }
        else if(5 == buf[1])//错误包
        {
            printf("MSG_ERR: code[%d] msg[%s] __%d__\n", \
                    ntohs(*(unsigned short*)(buf+2)), buf+4, __LINE__);
            ret_val = -1;
            break;
        }
 
    }
 
    close(fd);
    return ret_val;
}

head.h文件

#ifndef __HEAD_H__
#define __HEAD_H__


#define ERR_MSG(msg) do{\
	fprintf(stderr,"__%d__:",__LINE__);\
	perror(msg);\
}while(0)
#include <dirent.h>           // 目录项　　
#include <fcntl.h>            // 文件控制　　
#include <fnmatch.h>          // 文件名匹配类型　　
#include <glob.h>             // 路径名模式匹配类型　　
#include <grp.h>              // 组文件　　
#include <netdb.h>            // 网络数据库操作　　
#include <pwd.h>              // 口令文件　　
#include <regex.h>            // 正则表达式　　
#include <tar.h>              // TAR归档值　　
#include <termios.h>          // 终端I/O　　
#include <unistd.h>           // 符号常量　　
#include <utime.h>            // 文件时间　　
#include <wordexp.h>          // 字符扩展类型　　　
#include <arpa/inet.h>        // INTERNET定义　　
#include <net/if.h>   	 	  // 套接字本地接口　　
#include <netinet/in.h> 	  // INTERNET地址族　　
#include <netinet/tcp.h>  	  // 传输控制协议定义　　　
#include <sys/mman.h> 	      // 内存管理声明　　
#include <sys/select.h>   	  // Select函数　　
#include <sys/socket.h>    	  // 套接字借口　　
#include <sys/stat.h>   	  // 文件状态　　
#include <sys/times.h>    	  // 进程时间　　
#include <sys/types.h>   	  // 基本系统数据类型　　
#include <sys/un.h>    		  // UNIX域套接字定义　　
#include <sys/utsname.h>  	  // 系统名　　
#include <sys/wait.h>   	  // 进程控制　　

#include <cpio.h>   		  // cpio归档值　　
#include <dlfcn.h>   		  // 动态链接　　
#include <fmtmsg.h>   		  // 消息显示结构　　
#include <ftw.h>         	  // 文件树漫游　　
#include <iconv.h>   		  // 代码集转换使用程序　　
#include <langinfo.h>  		  // 语言信息常量　　
#include <libgen.h>    		  // 模式匹配函数定义　　
#include <monetary.h>    	  // 货币类型　　
//#include <ndbm.h>    		  // 数据库操作　　
#include <nl_types.h> 		  // 消息类别　　
#include <poll.h>   		  // 轮询函数　　
#include <search.h>  		  // 搜索表　　
#include <strings.h>   		  // 字符串操作　　
#include <syslog.h>   		  // 系统出错日志记录　　
#include <ucontext.h>   	  // 用户上下文　　
#include <ulimit.h>   		  // 用户限制　　
#include <utmpx.h>   		  // 用户帐户数据库　　
#include <sys/ipc.h>          // IPC(命名管道)　　
#include <sys/msg.h>   		  // 消息队列　　
#include <sys/resource.h> 	  // 资源操作　　
#include <sys/sem.h>    	  // 信号量　　
#include <sys/shm.h>   		  // 共享存储　　
#include <sys/statvfs.h>  	  // 文件系统信息　　
#include <sys/time.h>      	  // 时间类型　　
#include <sys/timeb.h>  	  // 附加的日期和时间定义　　
#include <sys/uio.h>    	  // 矢量I/O操作　

#include <aio.h>        	  // 异步I/O　　
#include <mqueue.h>   		  // 消息队列　　
#include <pthread.h>   		  // 线程　　
#include <sched.h>    		  // 执行调度　　
#include <semaphore.h>  	  // 信号量　　
#include <spawn.h>     		  // 实时spawn接口　　
#include <stropts.h>    	  // XSI STREAMS接口　　
//#include <trace.h>    		  // 事件跟踪

#include <assert.h>　　　　//设定插入点　　
#include <ctype.h>　　　　 //字符处理　　
#include <errno.h>　　　　 //定义错误码　　
#include <float.h>　　　　 //浮点数处理　　
#include <iso646.h>        //对应各种运算符的宏　　
#include <limits.h>　　　　//定义各种数据类型最值的常量　　
#include <locale.h>　　　　//定义本地化C函数　　
#include <math.h>　　　　　//定义数学函数　　
#include <setjmp.h>        //异常处理支持　　
#include <signal.h>        //信号机制支持　　
#include <stdarg.h>        //不定参数列表支持　　
#include <stddef.h>        //常用常量　　
#include <stdio.h>　　　　 //定义输入／输出函数　　
#include <stdlib.h>　　　　//定义杂项函数及内存分配函数　　
#include <string.h>　　　　//字符串处理　　
#include <time.h>　　　　　//定义关于时间的函数　　
#include <wchar.h>　　　　 //宽字符处理及输入／输出　　
#include <wctype.h>　　　　//宽字符分类
#endif
#include <head.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <sys/wait.h>
#include <pthread.h>
#define PORT 6666               //1024~49151
#define IP  "192.168.122.15"     //IP地址，本机IP ifconfig

struct cli_msg
{
    int newfd;
    struct sockaddr_in cin;
};

void* deal_cli_msg(void* arg);

int main(int argc, const char *argv[])
{
    //创建流式套接字
    int sfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
    if(sfd < 0)
    {   
        ERR_MSG("socket");
        return -1; 
    }   
    printf("socket create success  sfd = %d\n", sfd);

    //设置允许端口快速被重用
    int resue = 1;
    if(setsockopt(sfd, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, &resue, sizeof(resue)) < 0)
    {   
        ERR_MSG("setsockopt");
        return -1; 
    }   

    //填充服务器的地址信息结构体
    //真实的地址信息结构体根据地址族执行，AF_INET: man 7 ip
    struct sockaddr_in sin;
    sin.sin_family      = AF_INET;      //必须填AF_INET;
    sin.sin_port        = htons(PORT);  //端口号的网络字节序，1024~49151
    sin.sin_addr.s_addr = inet_addr(IP);    //IP地址的网络字节序，ifconfig查看

    //绑定---必须绑定
    if(bind(sfd, (struct sockaddr*)&sin, sizeof(sin)) < 0)
    {   
        ERR_MSG("bind");
        return -1; 
    }   
    printf("bind success ");

    //将套接字设置为被动监听状态
    if(listen(sfd, 128) < 0)
    {   
        ERR_MSG("listen");
        return -1; 
    }   
    printf("listen success ");


    //功能：阻塞函数，阻塞等待客户端连接成功。
    //当客户端连接成功后，会从已完成连接的队列头中获取一个客户端信息，
    //并生成一个新的文件描述符；新的文件描述符才是与客户端通信的文件描述符
    struct sockaddr_in cin;     //存储连接成功的客户端的地址信息
    socklen_t addrlen = sizeof(cin);
    int newfd = -1; 

    pthread_t tid;
    struct cli_msg info;

    while(1)
    {   
        //主线程负责连接
        //accept函数阻塞之前，会先预选一个没有被使用过的文件描述符
        //当解除阻塞后，会判断预选的文件描述符是否被使用
        //如果被使用了，则重新遍历一个没有被用过的
        //如果没有被使用，则直接返回预先的文件描述符；
        newfd = accept(sfd, (struct sockaddr*)&cin, &addrlen);
        if(newfd < 0)
        {
            ERR_MSG("accept");
            return -1; 
        }
        printf("[%s : %d] newfd=%d 客户端连接成功\n", \
                inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), newfd);

        info.newfd = newfd;
        info.cin = cin;

        //能运行到当前位置，则代表有客户端连接成功
        //则需要创建一个分支线程用来，与客户端交互
        if(pthread_create(&tid, NULL, deal_cli_msg, &info) != 0)
        {
            fprintf(stderr, "pthread_create failed __%d__\n", __LINE__);
            return -1; 
        }
    
        pthread_detach(tid);        //分离线程
    }   


    //关闭所有套接字文件描述符
    close(sfd);
    return 0;
}

//线程执行体
void* deal_cli_msg(void* arg)   //void* arg = (void*)&info
{

    //---------问题处------
    int newfd = ((struct cli_msg*)arg)->newfd;
    struct sockaddr_in cin = ((struct cli_msg*)arg)->cin;

    char buf[128] = ""; 
    ssize_t res = -1; 
    while(1)
    {   
        bzero(buf, sizeof(buf));
        //接收
        res = recv(newfd, buf, sizeof(buf), 0); 
        if(res < 0)
        {
            ERR_MSG("recv");
            break;
        }
        else if(0 == res)
        {
            fprintf(stderr, "[%s : %d] newfd=%d 客户端下线\n", \
                    inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), newfd);
            break;
        }
        printf("[%s : %d] newfd=%d : %s\n", \
                inet_ntoa(cin.sin_addr), ntohs(cin.sin_port), newfd, buf);

        //发送 -- 将数据拼接一个 *_* 发送回去
        strcat(buf, "*_*");
        if(send(newfd, buf, sizeof(buf), 0) < 0)
        {
            ERR_MSG("send");
            break;
        }
        printf("send success\n");
    }   
    close(newfd);

    pthread_exit(NULL);
}

上述程序中

1. 多线程中的newfd，能否修改成全局，不行，为什么？
2. 多线程中分支线程的newfd能否不另存，直接用指针间接访问主线程中的newfd,不行，为什么？

    //必须要另存，因为同一个进程下的线程共享其附属进程的所有资源
    //如果使用全局，则会导致每次连接客户端后, newfd和cin会被覆盖
    //如果使用指针间接访问外部成员变量，也会导致，成员变量被覆盖。


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