CH8 Socket编程.ppt

1、,网络编程技术,设计、制作：谭献海 Email：,socket（套接字）,Socket API ARPA UC Berkeley BSD unix /Berkeley unix De facto standard Example Server Client,一个本地主机建立或拥有的应用程序, 操作系统控制下的,与其它(远程)应用进程之间发送和接收数据的接口,通信协议应用程序接口（APIs）-依赖于操作系统和编程语言 UNIX： Berkeley Sockets (C语言) System V Transport Layer Interface (TLI) （C语言） WINDOWS：WINSOC

2、K,客户端,socket 是进行程序间通讯(IPC)的 BSD 方法。 客户将插头插入一个服务器端口 建立一个双向的连接管道,服务器,插口(port),socket的抽象表示,一些Socket编程的概念,流（Stream） 连接（Connection） 阻塞(Block)、非阻塞(Non-block) 同步(Synchronous)、异步(asynchronous) IP地址 (IP Address) 字节顺序（Bytes Order） 带外数据（Outband Data）,需要用到的头文件,数据类型：#include 函数定义：#include ,Berkeley Socket 常用函数列表

3、,网络连接函数 获取/设置socket的参数或信息 转换函数,网络连接函数,socket bind connect listen accept select recv, recvfrom send, sendto close, shutdown,获取/设置socket的参数或信息,gethostbyaddr, gethostbyname gethostname getpeername getprotobyname, getprotobynumber getservbyname, getservbyport getsockname getsockopt, setsockopt ioctl,转换函

4、数,IP地址转换 inet_addr() inet_ntoa() 字节顺序转换 htons()-Host to Network Short htonl()-Host to Network Long ntohs()-Network to Host Short ntohl()-Network to Host Long,socket address structures for Internet,XNS and Unix families,Struct sockaddr_in Struct sockaddr_us,struct sockaddr_un,socket address,The famil

5、y is one of AF_UNIXUnix internal protocols AF_INETInternet protocols AF_NSXerox NS protocols AF_IMPLINKIMP link layer 其中，AF_ 代表“address family” Socket地址的数据部分根据不同的地址类型来解释，常见的地址类型是internet、XNS和UNIX。 对于使用最多的INTERNET簇，其网络地址主要包括两大部分：端口号、IP地址，它的地址结构在中定义,数据结构：sockaddr_in,Internet地址 struct sockaddr_in short

6、 int sin_family; /* Address family */ unsigned short int sin_port; /* Port number */ /* 16-bit port number ， network byte ordered */ struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ /* 32-bit netid/hosted （IP）地址， network byte ordered */ unsigned char sin_zero 8; /* unused */ ; 该结构与sockaddr兼容，供用户填入参数,

7、程序中实际只填写sockaddr_in结构,struct sockaddr_in my_addr; my_addr.sin_family = AF_INET; my_addr.sin_port = htons(3490); /* short, NBO*/ my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(0); bzero( 注意：sin_addr.s_addr填本机IP地址，如果此项填INADDR_ANY时，表示自动取本机IP填入该项(仅用于Server),创建一个socket Socket描述符与Linux中的文件描述符类似，也是一个int型的变

8、量 函数调用： int socket(int family, int type, int protocol); 函数返回Socket描述符，返回-1表示出错 family参数一般取AF_INET, protocol参数一般取0 应用示例： TCP：sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); UDP：sockfd =socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);,socket()调用,“协议” 与“family” 及“type”域的可能组合,在服务器上运行,给socket指定一个众所周知的 (well-known) 端口地址 int bind (

9、int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen),bind() 调用,如果调用成功，则返回值为0，如果调用失败返回值为-1，并设定相应的错误代码errno。最常见的错误是该端口已经被其他程序绑定。 需要注意的一点：在Linux系统中，1024以下的端口（即众所周知的端口）只有拥有root权限的程序才能绑定,bind() 调用,Bind()系统调用主要用处： A)服务员向系统注册它的众所周知的地址，它告诉系统：“这是我的地址(服务)，所有以这个地址接收的报文都交给我,由我来服务。”面向连接和无连接的服务员在接受顾客的请求之

10、前都必须做这一步。 B)顾客可为它自己注册一个特定的地址,以便通信的对方（服务员）可以用这个有效的地址送回响应，这就像在信封上要写明回信地址的道理一样。,开始监听已经绑定的端口 需要在此前调用bind()函数，否则由系统指定一个随机的端口 int listen(int sockfd, int queue_length); 接收队列 一个新的Client的连接请求先被放在接收队列中，等待Server程序调用accept函数接受该连接请求 queue_length用于指定接收队列的长度，也就是在Server程序调用accept函数之前最大允许进入的连接请求数，多余的连接请求将被拒绝，典型取值为5,

11、listen() 调用,操作系统,Web 服务器,服务器初始化,建立与服务器的连接 int connect (int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen) servaddr是事先填写好的结构，用于指定所要连接的服务器的地址（Server的IP地址和端口号）。,connect() 调用,OS,1. socket(),Web 服务器,2. bind(80),3. listen(),80,Listen queue,客户,connect(),Request from (IP, port),建立与服务器的连接,操作系统,W

12、eb 服务器,80,Listen 队列,客户1,客户3,客户2,客户请求在listen队列中获取先进先出服务(排队),服务器忙,accept(),accept()函数用于响应客户的连接请求，建立与客户端的连接 产生一个新的socket描述符来描述该连接 这个连接用来与发起该连接请求的Client交换信息 int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen); addr将在函数调用后被填入连接对方（客户端）的地址信息，如对方的IP、端口等。 accept缺省是阻塞函数，如果队列中没有连接请求等待，那么就会使调用方阻塞，直到有一个连接请求

13、到达。,操作系统,Web 服务器,80,Listen 队列,客户 1,客户3,客户2,客户请求在listen队列中夺取先进先出服务,accept(),已连接的 socket,accept() 调用,accept()的使用,include #include #include #define MYPORT 80 /* the port users will be connecting to */ #define BACKLOG 5 /* how many pending connections queue will hold */ main() int sockfd, new_fd; /* lis

14、ten on sock_fd, new connection on new_fd */ struct sockaddr_in my_addr; /* my address information */ struct sockaddr_in their_addr; /* connectors address information */ int sin_size; sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); /* do some error checking! */,accept(),my_addr.sin_family = AF_INET; /* hos

15、t byte order */ my_addr.sin_port = htons(MYPORT); /* short, network byte order */ my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* auto-fill with my IP */ bzero( ,服务器都可工作在两种不同的方式： 循环方式(iterative mode)在计算机中一次只运行一个服务器进程。当有多个客户进程请求服务时，服务器进程就按请求的先后顺序依次做出响应。 并发方式(concurrent)在计算机中同时运行多个服务器进程，每一个服务器进程对某个特定的客户进程做出响

16、应。,服务器的两种工作方式,循环型服务员代码,int sockfd,newsockfd; if (sockfd=socket()0) err_sys(“socket error”); if (bind(sockfd,)0) err_sys(“bind error”); if (listen(sockfd,5)0) err_sys(“listen error”); for ( ; ; ) newsockfd=accept(sockfd,);/* blocks */ if (newsockfd0) err_sys(“accept error”); doit(newsockfd);/* proces

17、s the request */ close(newsockfd); ,并发型服务员代码,int sockfd,newsockfd; if (sockfd=socket()0) err_sys(“socket error”); if (bind(sockfd,)0) err_sys(“bind error”); if (listen(sockfd,5)0) err_sys(“listen error”); for ( ; ; ) newsockfd=accept(sockfd,);/* blocks */ if (newsockfd0) err_sys(“accept error”); if

18、(fork()=0)/* child */ close(sockfd); doit(newsockfd);/* process the request */ exit(0); close(newsockfd);/* parent */ ,发送和接收,在完成了上述的初始化工作后，就可以开始传输数据了。 面向连接的发送和接收 : send() and recv() 无连接协议的发送和接收：sendto()和recvfrom(),recv,用于TCP协议中接收信息 int recv(int sockfd, void *buf, int len, int flags); Buf：指向容纳接收信息的缓冲

19、区的指针 Len：接收缓冲区的大小 Flags：接收标志（其含义将在后面介绍） 函数返回实际接收到的字节数，返回-1表示出错 recv缺省是阻塞函数，直到接收到信息或出错才返回,send,用于TCP协议中发送信息 int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); Msg：指向待发送信息的指针 Len：待发送的字节数 Flags：发送标志（其含义将在后面介绍） 函数返回已发送的字节数，返回-1表示出错 send缺省是阻塞函数，直到发送完毕或出错 注意：如果函数返回值与参数len不相等，则剩余的未发送信息需要再次发送,recvfr

20、om,用于UDP协议中接收信息 int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags struct sockaddr *from, int *fromlen); Buf：指向容纳接收信息的缓冲区的指针 Len：缓冲区的大小 Flags：接收标志（其含义将在后面介绍） From：指明接收数据的来源 Fromlen：地址长度 函数返回实际接收的字节数，返回-1表示出错 recvfrom是阻塞函数，直到接收到信息或出错,sendto,用于UDP协议中发送信息 int sendto(int sockfd, const void *ms

21、g, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *to, int tolen); Buf：指向容纳发送报文的缓冲区的指针 Len：缓冲区的大小 Flags：发送标志 To：指明发送数据的目的地 tolen ：地址长度 函数返回已发送的字节数，返回-1表示出错 sendto缺省是阻塞函数，直到发送完毕或出错 注意：如果函数返回值与参数len不相等，则剩余的未发送信息需要再次发送,send, sendto, recv, recvfrom函数调用的参数：flags,Flags一般情况下设置为0。但可以选择下列设置 MSG_DONTROUTE

22、 对send, sendto有效 表示不使用路由（一般不使用） MSG_PEEK 对recv, recvfrom有效 表示读出网络数据后不清除已读的数据 MSG_OOB 对发送接收都有效 表示读/写带外数据(out-of-band data),close,关闭特定的socket连接 调用函数：int close(int sockfd); 关闭连接将中断对该socket的读写操作。 关闭用于listen()函数的socket将禁止其他Client的连接请求,shutdown,Shutdown()函数可以单方面的中断连接，即禁止某个方向的信息传递。 函数调用 int shutdown(int so

23、ckfd, int how); 参数how： 0 - 禁止接收信息 1 - 禁止发送信息 2 - 接收和发送都被禁止，与close()函数效果相同 返回0表示调用成功，返回-1表示出错,select,应用于多路同步I/O模式，实现非阻塞的同步I/O int select(int numfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout); numfds是要多路选择的socket的最大值 其中readfds, writefds, exceptfds都是socket事件集合，分别代表有

24、数据可读、有数据要写、发生异常的socket集合。 timeout是select的时间限制 返回值：在socket集合中准备好的socket个数,socket集合,集合变量类型：fd_set 集合变量运算宏： FD_ZERO(*set)清空socket集合 FD_SET(s, *set)将s加入socket集合 FD_CLR(s, *set)从socket集合去掉s FD_ISSET(s, *set)判断s是否在socket集合中 常数FD_SETSIZE：集合元素的最多个数,Select应用举例,fd_set rset;/* 可读的socket集合 */ FD_ZERO( /* maxfd是

25、已知的最大的socket */ /* 只考虑数据可读事件 */ if (FD_ISSET(sockfd, - 其中，参数peer是一个指向struct sockaddr或者struct sockaddr_in的指针。 如果执行成功，我们就得到了对方的地址和端口号，然后用inet_ntoa()和gethostbyaddr()来得到对方更多的信息。,其他基本的系统调用,getsockname 该系统调用返回和一个管套相联系的本地名字 - #include #include int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen

26、); - addr用来存放返回的本地地址；addrlen存放的是返回的地址的长度。,其他基本的系统调用,系统调用 gethostname() - - #include int gethostname(char *hostname, size_t size); - - hostname是一个存放主机名字（域名）的字符数组 返回的hostname可以作为gethostbyname()的参数，调用该系统调用，这样又可以得到自己的IP地址了。,其他基本的系统调用,字节排序 在字节顺序不一致时可以用下列的4中函数来进行转换。 #include #include u_long htonl(u_long h

27、ostlong);/* 主机网络转换，长整数 */ u_short htons(u_long hostlong);/* 主机网络转换，短整数 */ u_long ntohl(u_long hostlong);/* 网络主机转换，长整数 */ u_chort ntohs(u_long hostlong);/* 网络主机转换，短整数 */ 这些函数是为internet协议集而设计的，XNS协议集采用的字节顺序与internet相同，故可以借用。值得注意的是，这里的长整数为32位，短整数为16位。,其他基本的系统调用,字节操作 Bcopy(char *src,char *dest,int nbyte

28、s); 字符串拷贝 Bzero(char *dest,int nbytes); 把指定数量的空字节写入指定的目的地址。 Int bcmp(char *ptr1,char *ptr2,int nbytes); 对任意两个字符串进行比较。 返回值（与标准I/O函数strcmp的返回值不同）： 0-相同 非零-不相同。,其他基本的系统调用,IP地址格式转换 下列两个函数用于在Internet的用小数点分隔的十进制IP地址与32比特IP地址之间进行转换。 #include #include #include unsigned long inet_addr (const char *cp); inet_addr将一个点分十进制IP地址字符串转换成32位数字表示的IP地址 char* inet_ntoa (struct in_addr in); inet_ntoa将一个32位数字表示的IP地址转换成点分十进制IP地址字符串,其他基本的系统调