基于socket编程实例

1、Linux嵌入式系统期末作业选 题：基于socket编程实例 2014年06月17日目录一、 代码解析：3 1.1、skt_ser.c解析：31.2、skt_cli.c解析：4二、 程序完成的主要功能：52.1、套接字编程基本概念52.2、基本socket函数101、socket函数102、bind函数103、connect函数10 4、 listen函数 10 5、 accecpt函数12 6、 write函数 12 7、 read函数12 8、close函数11三、 必要的操作步骤133.1、分别编写server和client程序133.1.1server.c程序133.1.2client

2、.c程序143.1.3Makefile程序15四、 执行程序的结果（效果图）16一、 代码解析：1.1、skt_ser.c解析：#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> /数据类型定义#include <netinet/in.h> /定义数据结构sockaddr_in#include <sys/socket.h> /提供socket函数及数据结构#inc

3、lude <sys/wait.h> #define SERVPORT 3333 /*服务器监听端口号 */#define BACKLOG 10 /* 最大同时连接请求数 */int main() int sockfd,client_fd,sin_size; /*sock_fd：监听socket；client_fd：数据传输socket*/ struct sockaddr_in my_addr; /* 本机地址信息 */struct sockaddr_in remote_addr; /* 客户端地址信息 */创建一个套接字，PI_INET流式if (sockfd = socket(A

4、F_INET, SOCK_STREAM, 0) = .1) perror("socket");exit(1); /*调用socker（）函数绑定客户端的端口和 IP ，一般是不需要在客户端绑定*/初始化服务端my_addr.sin_family=AF_INET; my_addr.sin_port=htons(SERVPORT); my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 这里地址使用全0，即所有 */bzero(&(my_addr.sin_zero),8); /将套接字地址与所创建的套接字号联系起来if (bind(sockf

5、d, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr) = .1) perror("bind"); exit(1); /* 服务器端开始建立socket描述符 */愿意接收连接if (listen(sockfd, BACKLOG) = .1) perror("listen"); exit(1); /* 服务器端填充 sockaddr结构 */while(1) sin_size = sizeof(struct sockaddr_in); if (client_fd = accept(sockf

6、d, (struct sockaddr *)&remote_addr, &sin_size) = .1) perror("accept"); continue; printf("received a connection from %sn", inet_ntoa(remote_addr.sin_addr); if (!fork()/* 子进程代码段 */ if (send(client_fd, "Hello, you are connected!n", 26, 0) = .1) perror("send&qu

7、ot;); /*调用connect（）函数连接到服务器server*/close(client_fd); exit(0); close(client_fd); return 0;1.2、skt_cli.c解析：#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> #include <string.h> #include <netdb.h> #include <sys/types.h> #include <netinet/in.h> #include

8、<sys/socket.h> #define SERVPORT 3333 /*使用端口号3333*/#define MAXDATASIZE 100 /*每次最大数据传输量 */int main(int argc, char *argv) int sockfd, recvbytes; /* 文件描述符 */char bufMAXDATASIZE; /* 接受缓冲区 */struct hostent *host; /* 存储服务端和本端的ip、端口等信息结构体 */struct sockaddr_in serv_addr; if (argc < 2) fprintf(stderr

9、,"Please enter the server's hostname!n"); exit(1); if (host=gethostbyname(argv1)=NULL) /返回值是一个结构的hostent perror("gethostbyname出错！"); exit(1); if (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) = .1) perror("socket创建出错！"); exit(1); /*设置sockaddr_in结构体中相关参数*/初始化客户端serv_addr.

10、sin_family=AF_INET; serv_addr.sin_port=htons(SERVPORT); serv_addr.sin_addr = *(struct in_addr *)host.>h_addr); bzero(&(serv_addr.sin_zero),8); / connect 连接if (connect(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(struct sockaddr) = .1) perror("connect error！"); exit(1); /*发送消息给服

11、务器端*/recv返回实际读入缓冲的数据if (recvbytes=recv(sockfd, buf, MAXDATASIZE, 0) =.1) perror("recv出错！"); exit(1); bufrecvbytes = '0' printf("Received: %s",buf); close(sockfd); return 0;/sockfd只是用于listen（监听)二、 程序完成的主要功能：2.1、套接字编程基本概念在开始使用套接字编程之前，首先必须建立以下概念。2.1.1、网间进程通信进程通信的概念最初来源于单机系统。

12、由于每个进程都在自己的地址范围内运行，为保证两个相互通信的进程之间既互不干扰又协调一致工作，操作系统为进程通信提供了相应设施。网间进程通信要解决的是不同主机进程间的相互通信问题（可把同机进程通信看作是其中的特例）。为此，首先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上，不同进程可用进程号（process ID）唯一标识。但在网络环境下，各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如，主机A赋于某进程号5，在B机中也可以存在5号进程，因此，"5号进程"这句话就没有意义了。   其次，操作系统支持的网络协议众多，不同协议的工作方式不同，地址格式也不同。因此，网间进

13、程通信还要解决多重协议的识别问题。   为了解决上述问题，TCP/IP协议引入了下列几个概念。端口网络中可以被命名和寻址的通信端口，是操作系统可分配的一种资源。按照OSI七层协议的描述，传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信能力。从这个意义上讲，网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了，还包括可以描述进程的某种标识符。为此，TCP/IP协议提出了协议端口（protocol port，简称端口）的概念，用于标识通信的进程。   端口是一种抽象的软件结构（包括一些数据结构和I/O缓冲区）。应用程序（即进程）通过系统调用与某端口建立连接（bindi

14、ng）后，传输层传给该端口的数据都被相应进程所接收，相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。在TCP/IP协议的实现中，端口操作类似于一般的I/O操作，进程获取一个端口，相当于获取本地唯一的I/O文件，可以用一般的读写原语访问之。   类似于文件描述符，每个端口都拥有一个叫端口号（port number）的整数型标识符，用于区别不同端口。由于TCP/IP传输层的两个协议TCP和UDP是完全独立的两个软件模块，因此各自的端口号也相互独立，如TCP有一个255号端口，UDP也可以有一个255号端口，二者并不冲突。 端口号的分配是一个重要问题。有两种基本分配方式：第一种叫全局分

15、配，这是一种集中控制方式，由一个公认的中央机构根据用户需要进行统一分配，并将结果公布于众。第二种是本地分配，又称动态连接，即进程需要访问传输层服务时，向本地操作系统提出申请，操作系统返回一个本地唯一的端口号，进程再通过合适的系统调用将自己与该端口号联系起来（绑扎）。TCP/IP端口号的分配中综合了上述两种方式。TCP/IP将端口号分为两部分，少量的作为保留端口，以全局方式分配给服务进程。因此，每一个标准服务器都拥有一个全局公认的端口（即周知口，well.known port），即使在不同机器上，其端口号也相同。剩余的为自由端口，以本地方式进行分配。TCP和UDP均规定，小于256的端口号才能作

16、保留端口。 地址网络通信中通信的两个进程分别在不同的机器上。在互连网络中，两台机器可能位于不同的网络，这些网络通过网络互连设备（网关，网桥，路由器等）连接。因此需要三级寻址：1. 某一主机可与多个网络相连，必须指定一特定网络地址；2. 网络上每一台主机应有其唯一的地址；3. 每一主机上的每一进程应有在该主机上的唯一标识符。   通常主机地址由网络ID和主机ID组成，在TCP/IP协议中用32位整数值表示；TCP和UDP均使用16位端口号标识用户进程。 网络字节顺序不同的计算机存放多字节值的顺序不同，有的机器在起始地址存放低位字节（低价先存），有的存高位字节（高价先存）。为保

17、证数据的正确性，在网络协议中须指定网络字节顺序。TCP/IP协议使用16位整数和32位整数的高价先存格式，它们均含在协议头文件中。连接两个进程间的通信链路称为连接。连接在内部表现为一些缓冲区和一组协议机制，在外部表现出比无连接高的可靠性。半相关：综上所述，网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程：（协议，本地地址，本地端口号）这样一个三元组，叫做一个半相关（half.association），它指定连接的每半部分。全相关一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通信的一端用TCP协议，而另一端用UDP协议。因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标

18、识：nbsp;（协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号）这样一个五元组，叫做一个相关（association），即两个协议相同的半相关才能组合成一个合适的相关，或完全指定组成一连接。2.1.2 服务方式在网络分层结构中，各层之间是严格单向依赖的，各层次的分工和协作集中体现在相邻层之间的界面上。"服务"是描述相邻层之间关系的抽象概念，即网络中各层向紧邻上层提供的一组操作。下层是服务提供者，上层是请求服务的用户。服务的表现形式是原语（primitive），如系统调用或库函数。系统调用是操作系统内核向网络应用程序或高层协议提供的服务原语。网络中的n层总要向n+1层提供比

19、n.1层更完备的服务，否则n层就没有存在的价值。在OSI的术语中，网络层及其以下各层又称为通信子网，只提供点到点通信，没有程序或进程的概念。而传输层实现的是"端到端"通信，引进网间进程通信概念，同时也要解决差错控制，流量控制，数据排序（报文排序），连接管理等问题，为此提供不同的服务方式：面向连接（虚电路）或无连接。面向连接服务是电话系统服务模式的抽象，即每一次完整的数据传输都要经过建立连接，使用连接，终止连接的过程。在数据传输过程中，各数据分组不携带目的地址，而使用连接号（connect ID）。本质上，连接是一个管道，收发数据不但顺序一致，而且内容相同。TCP协议提供面向

20、连接的虚电路。无连接服务是邮政系统服务的抽象，每个分组都携带完整的目的地址，各分组在系统中独立传送。无连接服务不能保证分组的先后顺序，不进行分组出错的恢复与重传，不保证传输的可靠性。UDP协议提供无连接的数据报服务。下面给出这两种服务的类型及应用中的例子：服务类型：1.面向连接，2.可靠的报文流，3.可靠的字节流，4.不可靠的连接，5文件传输（FTP），6.远程登录（Telnet），7.数字话音。服务例子：1.无连接，2.不可靠的数据报，3.有确认的数据报4.请求应答，5.电子邮件（E.mail），6.电子邮件中的挂号信，7.网络数据库查。顺序在网络传输中，两个连续报文在端端通信中可能经过不同

21、路径，这样到达目的地时的顺序可能会与发送时不同。"顺序"是指接收数据顺序与发送数据顺序相同。TCP协议提供这项服务。差错控制保证应用程序接收的数据无差错的一种机制。检查差错的方法一般是采用检验"检查和（Checksum）"的方法。而保证传送无差错的方法是双方采用确认应答技术。TCP协议提供这项服务。流控制在数据传输过程中控制数据传输速率的一种机制，以保证数据不被丢失。TCP协议提供这项服务。字节流字节流方式指的是仅把传输中的报文看作是一个字节序列，不提供数据流的任何边界。TCP协议提供字节流服务。报文接收方要保存发送方的报文边界。UDP协议提供报文服务。

22、全双工/半双工端端间数据同时以两个方向/一个方向传送。缓存/带外数据在字节流服务中，由于没有报文边界，用户进程在某一时刻可以读或写任意数量的字节。为保证传输正确或采用有流控制的协议时，都要进行缓存。但对某些特殊的需求，如交互式应用程序，又会要求取消这种缓存。在数据传送过程中，希望不通过常规传输方式传送给用户以便及时处理的某一类信息，如UNIX系统的中断键（Delete或Control.c）、终端流控制符（Control.s和Control.q），称为带外数据。逻辑上看，好象用户进程使用了一个独立的通道传输这些数据。该通道与每对连接的流相联系。由于Berkeley Software Distri

23、bution中对带外数据的实现与RFC 1122中规定的Host Agreement不一致,为了将互操作中的问题减到最小，应用程序编写者除非与现有服务互操作时要求带外数据外，最好不使用它。2.1.3 客户/服务器模式在TCP/IP网络应用中，通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户/服务器模式（Client/Server model），即客户向服务器发出服务请求，服务器接收到请求后，提供相应的服务。客户/服务器模式的建立基于以下两点：首先，建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算能力和信息不均等，需要共享，从而造就拥有众多资源的主机提供服务，资源较少的客户请求服务这一非对等作用。其次，网间进程通

24、信完全是异步的，相互通信的进程间既不存在父子关系，又不共享内存缓冲区，因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系，为二者的数据交换提供同步，这就是基于客户/服务器模式的TCP/IP。客户/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求方式： 首先服务器方要先启动，并根据请求提供相应服务：1. 打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一公认地址上（周知口，如FTP为21）接收客户请求；2. 等待客户请求到达该端口；3. 接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求，要激活一新进程来处理这个客户请求（如UNIX系统中用fork、exec）。新进程处理此客户请求，并不需要对其它请求作出应

25、答。服务完成后，关闭此新进程与客户的通信链路，并终止。4. 返回第二步，等待另一客户请求。5. 关闭服务器客户方：1. 打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口；2. 向服务器发服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求.3. 请求结束后关闭通信通道并终止。从上面所描述过程可知：1. 客户与服务器进程的作用是非对称的，因此编码不同。2. 服务进程一般是先于客户请求而启动的。只要系统运行，该服务进程一直存在，直到正常或强迫终止。2.1.4 套接字类型TCP/IP的socket提供下列三种类型套接字。流式套接字（SOCK_STREAM）提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无

26、重复地发送，且按发送顺序接收。内设流量控制，避免数据流超限；数据被看作是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即使用流式套接字。数据报式套接字（SOCK_DGRAM）提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。原始式套接字（SOCK_RAW）该接口允许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。下图为使用socket建立连接的过程图一 连接过程框图一些接口函数的说明在理论课上已经介绍得非常清楚，在这里就不重复。下面设计一个简单的基于socket

27、的主从程序，程序流程图如下：图二 程序流程图2.2、基本socket函数1、socket函数 Linux系统是通过提供套接字(socket)来进行网络编程的。网络的socket数据传输是一种特殊的I/O,socket也是一种文件描述符。socket也有一个类似于打开文件的函数：socket(),调用socket(),该函数返回一个整型的socket的描述符，随后的连接建立、数据传输等操作也都是通过该socket实现。syntax:  int socket(int domain, int type, int protocol);功能说明：调用成功，返回socket文件描述符；失败，返回

28、1，并设置errnor。参数说明：domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示TCP/IP协议；type参数指定socket的类型，基本上有三种：数据流套接字、数据报套接字、原始套接字protocol通常赋值"0"。两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。socket数据结构中包含这五种信息。2、bind函数syntax:    int bind(int sock_fd,struct sockaddr_in *my_addr, int addrlen)

29、;功能说明：  将套接字和指定的端口相连。成功返回0，否则，返回1，并置errno.参数说明：  sock_fd是调用socket函数返回值,my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针；struct sockaddr_in结构类型是用来保存socket信息的：struct sockaddr_in short int sin_family;unsigned short int sin_port;struct in_addr sin_addr;unsigned char sin_zero8;  &

30、#160; addrlen为sockaddr的长度。3、connect函数syntax:     int connect(int sock_fd, struct sockaddr *serv_addr,int addrlen);功能说明：   客户端发送服务请求。成功返回0，否则返回1，并置errno。参数说明：   sock_fd 是socket函数返回的socket描述符；serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针；addrlen是结构sockaddr_in的长度。4、listen函数sy

31、ntax:  int listen(int sock_fd， int backlog);功能说明：  等待指定的端口的出现客户端连接。调用成功返回0，否则，返回1，并置errno.参数说明：   sock_fd 是socket()函数返回值；   backlog指定在请求队列中允许的最大请求数5、accecpt函数syntax:     int accept(int sock_fd, struct sockadd_in* addr, int addrlen);功能说明：  

32、用于接受客户端的服务请求，成功返回新的套接字描述符，失败返回1，并置errno。参数说明：   sock_fd是被监听的socket描述符，   addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，   addrlen是结构sockaddr_in的长度。6、write函数syntax:   ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes)功能说明：   write函数将buf中的nbytes字节内容写入文件描述符fd.成功时返回写的字节数

33、.失败时返回.1. 并设置errno变量.  在网络程序中,当我们向套接字文件描述符写时有俩种可能：    1)write的返回值大于0,表示写了部分或者是全部的数据.    2)返回的值小于0,此时出现了错误.需要根据错误类型来处理.    如果错误为EINTR表示在写的时候出现了中断错误.    如果错误为EPIPE表示网络连接出现了问题.7、read函数syntax:   ssize_t read(i

34、nt fd,void *buf,size_t nbyte)函数说明：   read函数是负责从fd中读取内容.当读成功时,read返回实际所读的字节数,如果返回的值是0 表示已经读到文件的结束了,小于0表示出现了错误.   如果错误为EINTR说明读是由中断引起的,   如果错误是ECONNREST表示网络连接出了问题.8、close函数syntax: int close(sock_fd);说明:当所有的数据操作结束以后，你可以调用close()函数来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作：函数运行成功返回0，否

35、则返回.1。三、 必要的操作步骤3.1、分别编写server和client程序（1）server.c程序/* Make the necessary includes and set up the variables获得必要的包括,设置变量.*/#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <stdio.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <unistd.h>int main() int

36、server_sockfd, client_sockfd; int server_len, client_len; struct sockaddr_in server_address; struct sockaddr_in client_address;/* 删除任何旧服务器套接字并创建一个不知名的套接字. */ server_sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);/* Name the socket. 套接字的名字 */ server_address.sin_family = AF_INET; server_address.sin_addr.s_a

37、ddr = htonl(INADDR_ANY); server_address.sin_port = htons(9734); server_len = sizeof(server_address); bind(server_sockfd, (struct sockaddr *)&server_address, server_len);/* Create a connection queue and wait for clients.创建连接的队列,等待客户. */ listen(server_sockfd, 5); while(1) char ch; printf("server waitingn");/* Accept a connection. */ client_len = sizeof(client_address); client_sockfd = accept(server_sockfd, (struct sockaddr *)&client_address, &client_len);/* 客户在client_sockfd我们现在可以读/写 */