第9章网络通信应用

1、第9章 网络通信应用9.1 网络通信基础9.2 Socket通信基本概念9.3 Socket高级应用9.1 网络通信基础9.1.1 TCP/IP协议族9.1.2 IP协议9.1.3 TCP协议9.1.4 UDP协议9.1.5 学习分析协议的方法9.1.1 TCP/IP协议族TCP/IP协议实际上是由一组协议组成的，通常也称做TCP/IP协议簇。根据ISO/OSI参考模型对网络协议的规定，对网络协议划分为7层。TCP/IP协议簇可以分成4层。9.1.2 IP协议IP协议工作在网络层，负责数据包的传输管理。IP协议实现两个基本功能：寻址和分段。寻址是IP协议提供的最基本功能，IP协议根据数据包头中

2、目的地址传送数据报文。由于不同类型的网络之间传输的网络报文长度是不同的，为了能适应在不同的网络中传输TCP/IP协议报文，IP协议提供分段机制帮助数据包穿过不同类型的网络9.1.2 IP协议IP协议不提供可靠地传输服务，它不提供端到端的或（路由）节点到（路由）节点的确认，对数据没有差错控制，它只使用报头的校验码，不提供重发和流量控制 。如果出错可以ICMP报告，ICMP在IP模块中实现。目前IP协议头版本号是4，称作IPv4，下一代IP协议版本号是6，称作IPV6。IPV4支持232-1个地址，目前已经出现IP地址危机。IPV6支持2128-1个地址，目前已经出现IP地址危机。9.1.3 TC

3、P协议TCP协议是一个传输层协议。TCP协议位于网络互联层后，是IP协议的上层协议。TCP是一个面向连接的可靠传输协议。在一个协议栈处理程序中，如果发现数据包的IP层后携带了TCP头，会把数据包交给TCP协议层处理。TCP协议层处理完毕后，把其余数据交给应用层程序处理。9.1.4 UDP协议UDP与TCP一样是传输层协议，但是UDP协议没有控制数据包的顺序和出错重发机制。因此，UDP的数据在传输时是不稳定的。UDP另一个重要问题就是安全性不高。由于UDP没有连接的概念，在一个数据传输过程中，UDP数据包可以很容易地被伪造或者篡改。9.1.5 学习分析协议的方法学习网络协议需要一个直观的认识，推

4、荐读者使用网络协议分析的工具分析协议。目前有很多的网络协议分析工具，著名的Sniffer就是一款专业的网络协议分析利器。本节介绍一个比较流行的工具Ethereal。9.2 Socket通信基本概念9.2.1 创建socket对象9.2.2 面向连接的Socket通信实现9.2.3 面向连接的echo服务编程实例9.2.4 无连接的Socket通信实现9.2.5 无连接的时间服务编程实例 在UNIX系统中，网络应用编程界面有两类：UNIX BSD的Socket和UNIX System V的TLI 。由于Sun公司采用了支持TCP/IP的UNIX BSD操作系统，使TCP/IP的应用有了更大的发展

5、，其网络应用编程界面Socket在网络软件中被广泛应用，至今已引进到Windows和VxWorks等操作系统中，成为开发网络应用软件的强大工具。 Socket相当于网络上的通信节点，即IP地址加上端口号。应用程序使用了Socket之后，就可以和网络上的任何一个通信节点连接。Socket之间的通信就如同一台PC机上两个进程间的通信一样。 在Linux操作系统中，可以将Socket看成是一种设备，即一种可作双向传输的信道，Linux程序可以经过此设备与本地或是远程的程序进行通信。Socket常被翻译成套接字或者插口。它实际就是网络上的通信端点，使用者或应用程序只要连接到Socket便可以和网络上任

6、何一个通信端点连接、传输数据。Socket封装了通信的细节，在Linux系统中，为使用者提供了类似文件描述符的操作方法。Socket分成面向连接的数据流通信和无连接的数据报通信。9.2.1 创建socket对象在使用socket通信之前，需要创建socket对象。对应用程序员来说，socket对象就是一个文件句柄，通常使用socket()函数创建socket对象。函数定义如下：#include #include int socket(int domain, int type, int protocol);9.2.2 面向连接的Socket通信实现面向连接的数据流通信在TCP/IP协议簇是使用T

7、CP作为传输层协议通信，按照TCP协议的要求，通信双方需要在传输数据前建立连接，术语上称做“TCP的三次握手”。对应用程序员来说，这个过程是透明的。9.2.2 面向连接的Socket通信实现9.2.3 面向连接的echo服务编程实例服务器端：24 /* 创建socket */25 sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);40 /* 把地址和套接字绑定 */41 if(bind(sock_fd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr)!= 0) 49 /* 设置套接字监听 */50 if(

8、listen(sock_fd ,MAX_CLIENT_NUM) != 0) 77 close(clientfd);/ 关闭新建的连接78 close(sock_fd);/ 关闭服务端监听的socket 目前，Internet仍使用IPv4作为寻址模式。在Socket中，寻址模式的结构为sockadd_in，定义如下：struct sockadd_insa_family_t sin_family; /*addressing mode*/unsigned short int sin_port; /*port number*/struct in_addr sin_addr; /*Internet a

9、ddress*/其中结构成员sin_family用来说明Socket所使用的寻址模式，在网络编程中，其值只能是AF_INET；成员sin_port表示TCP/IP的端口号；成员sin_addr是in_addr结构，用来表示IP地址；in_addr的结构很简单，只有一个unsigned long型的成员变量。 TCP协议是面向连接的，在建立连接之前，经历的过程比较多。 网络程序无论是使用TCP还是UDP协议，要通过Socket传输数据，都必须建立Socket，可以使用socket()函数建立一个Socket。该函数的原型如下： int socket(int domain,int type,int

10、 protocal); 参数domain的值在网络程序中只能为AF_INET，表示使用Internet协议参数type为连接的类型，SOCK_STREAM，表示采用TCP建立连接；参数protocal代表通信协议，一般设为0，表示自动选择。 bind()函数用于将IPv4 Socket寻址结构绑定到其所建立的Socket，当有数据包到达时，Linux内核会将这个数据包让给其绑定的Socket来处理。bind()函数的原型如下： int bind(int sockfd,const struct sockaddr_in *my_addr,int adr_len); 参数sockfd是调用函数soc

11、ket()的返回值；参数my_addr用来存放绑定的IPv4寻址结构；参数adr_len为结构sockaddr_in的长度。使用listen()函数来监听、等待客户端的连接请求。该函数的原型如下：int listen(int sockfd,int backlog);参数sockfd为socket()函数的返回值；参数backlog用来指定最大连接数，一般设为5。当服务器端接收到客户端的连接请求时，会把连接请求放在连接队列中，接着用accept()函数处理并接受队列中的请求。int accept( int sockfd,struct sockadd_in *addr,int addrlen);

12、参数addr用来存放客户端的IP地址，其他两个参数的设置同bind()函数的这两个参数。 connect()函数是客户端使用的函数。当客户端建立好Socket后，会调用这个函数向服务器端请求连接。该函数的原型如下：int connect( int sockfd,struct sockaddr_in *serv_addr,int addrlen); 参数serv_addr用来存放服务器端的IP地址，其他两个函数的设置方法同上。 使用close()函数终止客户端与服务器端的连接。函数运行成功返回0，否则返回-1。该函数的原型如下：int close(int sockfd);9.2.3 面向连接的e

13、cho服务编程实例客户端：23 /* 创建socket */24 sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);39 /* 连接到服务端 */40 if (-1=connect(sock_fd, (struct sockaddr*)&serv_addr, sizeof(serv_addr) 47 /* 发送并接收缓冲的数据 */48 for (i=0;iMAX_COMMAND;i+) 49 send(sock_fd, buffi, 100, 0);/ 发送数据给服务端50 n = recv(sock_fd, tmp_buf, 100, 0); /

14、从服务端接收数据57close(sock_fd);/ 关闭套接字9.2.4 无连接的Socket通信实现无连接的套接字不需要建立连接，省去了维护连接的开销，所以，同样环境下一般比流套接字传输数据速率快。无连接的套接字通信使用recvfrom()函数和sendto()函数，定义如下：#include #include int recvfrom(int s, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *from, socklen_t *fromlen);int sendto(int s, const void *msg, size_t le

15、n, int flags, const struct sockaddr *to, socklen_t tolen); recvfrom()函数的原型如下：int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned flags,struct sockadd_in *from, int fromlen);参数sockfd为函数socket()的返回值；参数buf用来存放接收的信息；参数len表示接收信息的长度，一般设为sizeof(buf)；参数flags一般设为0；参数from为发送端的IP地址；参数fromlen为发送端IP地址的长度，一般设为size

16、of(from)。 sendto()函数的原型如下：int sendto(int sockfd,void *buf,int len,unsigned flags,struct sockaddr_in *to,int tolen);参数buf用来存放要发送的信息；参数to为接收端的IP地址；其余参数的用法同recvfrom()函数。9.2.4 无连接的Socket通信实现9.2.5 无连接的时间服务编程实例服务器端：25 sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);/ 建立套接字37 /* 绑定本机到套接字 */50 n = recvfrom(sock_fd

17、, buff, sizeof(buff), 0, (struct sockaddr*) &from, &fromlen);/ 接收数据64 strcpy(buff, asctime(gmtime(&cur_time);/ 生成当前时间字符串65 sendto(sock_fd, buff,sizeof(buff), 0,(struct sockaddr*)&from,fromlen);/ 发送时间给客户端69 close(sock_fd);/ 关闭套接字9.2.5 无连接的时间服务编程实例客户端：22 sock_fd = socket(AF_INET, SOCK_

18、DGRAM, 0); / 创建套接字37 if (-1=sendto(sock_fd, buff,sizeof(buff), 0, (struct sockaddr*)&serv,servlen) / 发送请求44 n = recvfrom(sock_fd, buff, sizeof(buff), 0, (struct sockaddr*)&serv,&servlen); / 接收返回53 /* 退出连接 */54 strcpy(buff, quit);55 if (-1=sendto(sock_fd, buff,sizeof(buff), 0, (struct soc

19、kaddr*)&serv,servlen) 56 perror(send data);57 close(sock_fd);62 close(sock_fd);/ 关闭套接字9.3 Socket高级应用9.3.1 Socket超时处理9.3.2 使用Select机制处理多连接9.3.3 使用poll机制处理多连接9.3.4 多线程环境Socket编程9.3.1 Socket超时处理超时指的是预先假定一次数据传输需要的时间，如果超过这个时间没有得到反馈，认为数据传输失败。Socket库setsockopt()和getsockopt()用来设置套接字和得到套接字参数，函数定义如下：#include #include int getsockopt(int s, int level, int optname, void *optval, socklen_t *optlen);int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);9.3.2 使用Select机制处理多连接Socket库提供了两个函数select()和poll()用来等待一组套接字句柄的读写操作。select()函数是比较常用的，函数