網(wǎng)絡編程指南設計-v0.4

1、TCP客戶端計算機網(wǎng)絡編程1. 簡單的TCP程序的建立TCP服務器端圖1-1 TCP整體程序示意圖TCP/IP通用套接字地址結(jié)構(gòu) struct sockaddr sa_family_t sa_family; char sa_data14;IPv4特定套接字地址結(jié)構(gòu)struct sockaddr_in sa_family_t sin_family; in_port_t sin_port; struct in_addr sin_addr;unsigned char sin_zero8; 圖1-2套接字地址結(jié)構(gòu)1.1服務器端程序/*相關(guān)頭文件*/#i nclude <stdio.h>#i

2、 nclude <n eti net/in .h>#i nclude <sys/socket.h>#i nclude <uni std.h>#include <string.h>int sockfd = socket(AFNET,SOCK_STREAM,0); struct sockaddr_i n serveraddr,clie ntaddr; serveraddr.sin_family = AF_INET;serveraddr.s in _port = hton s(1234); serveraddr.sin_addr.s_addr = IN

3、ADDR_ANY; sockle n_t addrle n = sizeof(addr);bin d(sockfd,(struct sockaddr *)&serveraddr,addrle n);/* 被動套接字，兩個隊列*/liste n(sockfd,5);int sock_id = accept(sockfd,(struct sockaddr *)&clie ntaddr,&addrle n);/*為什么是寫sock_id ?已鏈接的套接字是否可以寫sockfd ?監(jiān)聽套接字*/write(sock_id,buf,strle n( buf);Close(sock

4、f_id);1.2客戶端程序#i nclude <stdio.h>#i nclude <n eti net/in .h>#i nclude <sys/socket.h>#in clude <arpa/i net.h>#i nclude <uni std.h>int sockfd = socket(AFNET,SOCK_STREAM,0); struct sockaddr_i n addr;addr.sin_family = AF_INET;addr.sin_port = hto ns(1234);in et_pto n(AF_INET

5、,"",&addr.sin_addr);conn ect(sockfd,(struct sockaddr *)&addr,sizeof(addr);char recvBuf100 = 0 ;read(sockfd,recvBuf,sizeof(recvBuf);Close(sockfd);2. 簡單的UDP程序的建立服務器端客戶端圖2-1 UDP程序整體架構(gòu)2.1服務端程序 int sockfd = socket(AFNET,SOCK_DGRAM,0);struct sockaddr_i n servaddr;servaddr.s in _

6、family = AF_INET;servaddr.s in _port = hton s(1234);servaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;bin d(sockfd,(struct sockaddr *)&servaddr,sizeof(servaddr);struct sockaddr_i n cliaddr;sockle n_t clile n = sizeof(cliaddr);recvfrom(sockfd,msg,sizeof(msg),0,(struct sockaddr *)&cliaddr,&clilen);2.2

7、客戶端程序 int sockfd = socket(AFNET,SOCK_DGRAM,0);struct sockaddr_i n servaddr;servaddr.s in _family = AF_INET;servaddr.s in _port = hton s(1234);in et_pto n(AF_INET,"",&servaddr.sin_addr);/沒有客戶端與服務器之分Struct sockaddr_i n myaddr;myaddr.sin_family = AF_INET;Myaddr.sin_port = hto ns(

8、1234);Myaddr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;Bind(sockfd,(struct sockaddr *)&myaddr,sizeof(myaddr);char *msg = "Hello World"sen dto(sockfd,msg,strle n( msg),0, (struct sockaddr)&servaddr ,sizeof(servaddr);3. 多播程序的建立客戶端設置socket加入多播r*i設置socket加入多播Bi nd端口J1r1FRecvfrom 數(shù)據(jù)LJ數(shù)據(jù)L;創(chuàng)建socket創(chuàng)建s

9、ocket1 F圖3-1多播網(wǎng)絡整體架構(gòu)服務器端3.1服務器端程序 int sockfd = socket(AFNET,SOCK_DGRAM,0); struct sockaddr_i n srv;srv.sin_family = AF_INET;srv.sin_port = ht on s(1234);in et_pto n(AF_INET,"",&srv.sin_addr); struct group_req req;req.gr_i nterface = 0;memcpy(&req.gr_group,&srv,sizeof(s

10、rv);setsockopt(sockfd,IPPROTOP ,MCAST_JOIN_GROUP，&req,sizeof(req); bin d(sockfd,(struct sockaddr* )&srv,sizeof(srv);char buf40 = 0;recvfrom(sockfd,buf,sizeof(buf),0,NULL,0);setsockopt(sockfd,IPPROTOP ,MCAST_LEAVE_GROUP,&req,sizeof(req);3.2客戶端程序 int sockfd = socket(AFNET,SOCK_DGRAM,0);str

11、uct sockaddr_i n srv;srv.sin_family = AF_INET;srv.sin_port = ht on s(1234);in et_pto n(AF_INET,"",&srv.sin_addr);struct group_req req;req.gr_i nterface = 0;memcpy(&req.gr_group,&srv,sizeof(srv);setsockopt(sockfd,IPPROTOP ,MCAST_JOIN_GROUP，&req,sizeof(req); int onof

12、f = 1;setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,&on off,sizeof(o noff);sen dto(sockfd,msg,strle n(msg),O,(struct sockaddr *)&srv,sizeof(srv);setsockopt(sockfd,IPPROTOP ,MCAST_LEAVE_GROUP,&req,sizeof(req);4. 網(wǎng)絡編程涉及的函數(shù)與宏定義函數(shù)int socket(i nt doma in ,i nt type,i nt protocol);PF_UNIX/PF_LOCAL

13、/AF_UNIX/AF_LOCAL UNIX進程通信協(xié)議PF_INET/AF_INET Ipv4網(wǎng)絡協(xié)議PF_INET6/AF_INET6 Ipv6網(wǎng)絡協(xié)議PF_IPX/AF_IPX IPX-Novell 協(xié)議PF_NETLINK/AF_NETLINK 核心用戶接口裝置參數(shù)domainPF_X25/AF_X25 ITU-T X.25/ISO-8208協(xié)議PF_AX25/AF_AX25 業(yè)余無線 AX.25 協(xié)議PF_ATMPVC/AF_ATMPVC 存取原始 ATM PVCsPF_APPLETALK/AF_APPLETALK appletalk(DDP)協(xié)議PF_PACKET/AF_PACKE

14、T 初級封包接口SOCK_STREAM 提供雙向連續(xù)且可信賴的數(shù)據(jù)流，即TCP。支持OOB機制，在所有數(shù)據(jù)傳送前必須使用connect()來建立連線狀態(tài)。參數(shù)typeSOCK_DGRAM 使用不連續(xù)不可信賴的數(shù)據(jù)包連接SOCK_SEQPACKET提供連續(xù)可信賴的數(shù)據(jù)包連接SOCK_RAW提供原始網(wǎng)絡協(xié)議存取SOCK_RDM提供可信賴的數(shù)據(jù)包連接SOCK_PACKET提供和網(wǎng)絡驅(qū)動程序直接通信。參數(shù) protocol用來指定socket所使用的傳輸協(xié)議編號，通常此參考不用管它，設為0即可功能說明socket用來建立一個新的socket，也就是向系統(tǒng)注冊，通知系統(tǒng)建立一個網(wǎng)絡通信端口。返回成功則返

15、回socket處理代碼，失敗返回-1。定義函數(shù)int bin d(i nt sockfd,struct sockaddr * my_addr,i nt addrle n);參數(shù) sockfd調(diào)用socket返回的sockfdstruct socketaddr_ instruct sockaddr un sig ned short intsa_family_t sa_family;sin_family;參數(shù) my_addruin t16_t sin _port;char sa_data14;struct in _addr sin _addr;un sig ned char sin _zero8;

16、參數(shù) addrlen即 sizeof(my_addr)功能說明綁定網(wǎng)絡地址端口給參數(shù)sockfd。返回成功則返回0，失敗返回-1，錯誤原因存于 errno中。定義函數(shù)int conn ect (i nt sockfd,struct sockaddr * serv_addr,i nt addrle n);參數(shù) sockfd調(diào)用socket返回的sockfd參數(shù)servstruct socketaddr_ inun sig ned short int sin_family;uin t16_t sin _port;struct in _addr sin _addr;un sig ned char s

17、in _zero8; ;struct sockaddr sa_family_t sa_family; char sa_data14;參數(shù) addrlen即 sizeof(my_addr)功能說明連接設定好的端口和網(wǎng)絡地址返回成功則返回0，失敗返回-1，錯誤原因存于 errno中。定義函數(shù)int liste n(i nt sockfd,i nt backlog)參數(shù) sockfd調(diào)用socket返回的sockfd參數(shù) backlog監(jiān)聽等待隊列最大值即backlog 乘以1.5，一般情況設疋為5功能說明監(jiān)聽客戶端的連接返回成功則返回0，失敗返回-1，錯誤原因存于 errno中。定義函數(shù)int a

18、ccept(i nt socket,struct sockaddr * addr,i nt * addrle n);參數(shù) sockfd調(diào)用socket返回的sockfd參數(shù)servstruct socketaddr_ inun sig ned short int sin_family;uin t16_t sin _port;struct in _addr sin _addr;un sig ned char sin _zero8; ;struct sockaddr sa_family_t sa_family; char sa_data14;參數(shù) addrlen即 sizeof(my_addr)參

19、數(shù) addrlen功能說明接受來自客戶端的連接返回成功則返回0，失敗返回-1，錯誤原因存于 errno中。定義函數(shù)int recvfrom(i nt socket,void *buf,i nt len,un sig ned int flags ,struct sockaddr *from ,int *fromle n);參數(shù) sockfd調(diào)用socket返回的sockfd參數(shù)buf接受數(shù)據(jù)保存的內(nèi)存池參數(shù) len接受數(shù)據(jù)的長度參數(shù) flags參數(shù)flags 一般設0 ,其他數(shù)值疋義請參考recv()參數(shù) from發(fā)送數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡地址與端口參數(shù) fromlen網(wǎng)絡地址結(jié)構(gòu)體長度功能說明接受來自對端

20、的數(shù)據(jù)返回成功則返回接收到的字符數(shù)，失敗則返回-1，錯誤原因存于 errno中。定義函數(shù)int sen dto ( int sockfd , const void * msg, int len, un sig ned int flags, conststruct sockaddr * to , int tole n )參數(shù) sockfd調(diào)用socket返回的sockfd參數(shù) msg發(fā)送數(shù)據(jù)保存的內(nèi)存池參數(shù) len發(fā)送數(shù)據(jù)的長度參數(shù) flags參數(shù)flags 一般設0 ,其他數(shù)值疋義請參考send()參數(shù)to對端數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡地址與端口參數(shù) fromlen網(wǎng)絡地址結(jié)構(gòu)體長度功能說明發(fā)送本段的數(shù)據(jù)返回

21、成功則返回實際傳送出去的字符數(shù)，失敗返回一1，錯誤原因存于errno中。定義函數(shù)int setsockopt(i nt sockfd,i nt level,i nt opt name,c onst void * optval , socklen_toptlen)；參數(shù) sockfd調(diào)用socket返回的sockfd參數(shù)level代表欲設置的網(wǎng)絡層，一般設成SOL_SOCKET以存取socket參數(shù)level層。參數(shù)opt name 代表欲設置的選項，有下列幾種數(shù)值：SO_DEBUG打開或關(guān)閉排錯模式SO_REUSEADDR 允許在bind ()過程中本地地址可重復使用SO_TYPE 返回 so

22、cket 形態(tài)。SO_ERROR返回socket已發(fā)生的錯誤原因SO_DONTROUTE 送出的數(shù)據(jù)包不要利用路由設備來傳輸。SO_BROADCAST 使用廣播方式傳送SO_SNDBUF設置送出的暫存區(qū)大小SO_RCVBUF設置接收的暫存區(qū)大小SO_KEEPALIVE定期確定連線是否已終止。SO OOBINLINE 當接收到OOB數(shù)據(jù)時會馬上送至標準輸入設備SO LINGER確保數(shù)據(jù)安全且可靠的傳送出去。參數(shù) optval代表需要設的參數(shù)值(太多，沒有列舉)參數(shù)optlen為optval的長度。功能說明用來設置參數(shù)sockfd所指疋的socket狀態(tài)返回成功則返回0，失敗返回-1，錯誤原因存于

23、 errno中。附錄：問題列表附錄1. socket 意義向內(nèi)核申請一個網(wǎng)絡套接字，類似文件描述符2. 服務端設定端口地址的意義指定對方的端口和 IP 地址。3. 為什么要 bind服務端 TCP 需要監(jiān)聽本地端口，需要標記本地端口和地址給 sockfd ，并在內(nèi)核 中申請資源。4. 監(jiān)聽服務器端需要監(jiān)聽 sockfd ，將其轉(zhuǎn)換為被動連接的網(wǎng)絡套接字， （創(chuàng)建的時候默 認是主動連接的），在監(jiān)聽之際，會維護兩個隊列，一個已完成連接的隊列，一 個未完成連接的隊列，當客戶端 connect 時，發(fā)送一個 SYN 給服務器端，監(jiān)聽 往未完成的隊列中添加一項，然后返回一個 ACK 應答，客戶端重新返回

24、一個應 答 ACK ，這樣連接建立，將該項從未完成移動到已完成隊列末尾， accept 函數(shù) 只要已完成隊列有項就會被喚醒。 listen 第二個參數(shù)代表這兩個列總長度 / 1.55. accept 兩個 sockfd 、 sock_id 關(guān)系 一個用來監(jiān)聽本地端口，一個是新創(chuàng)建的虛擬的客戶端網(wǎng)路套接字6. 為什么客戶端不需要 bind 客戶端是主動連接服務器，不需要綁定本地端口和 IP7. 客戶端的 sockaddr_in ？代表他需要連接的服務器的地址和端口，并不是自己的8. recvfrom 的 clientaddr 什么意思？這是從對端的端口和IP,不關(guān)心客戶端是誰連接，可以直接寫0

25、,但是服務器端 不保存客戶端地址的話，無法回發(fā)數(shù)據(jù)9. 為什么 UDP 服務器端需要 bind 同樣的，作為服務器，是需要被動接收數(shù)據(jù)，所以需要標記自己的端口和 IP 等 給本地 sockfd10. 為什么 UDP 客戶端不需要 bind因為他是主動去連接服務器，只要知道服務器的端口和 IP 即可連接，雖然這樣 做可以行得通，但是從軟件工程的角度， UDP 沒有特定的服務器端和客戶端， （網(wǎng)絡視頻莫非也這樣不區(qū)分？，應該是不需要往回發(fā)送數(shù)據(jù)）11. 什么是多播當任何一個程序加入一個多播組時， 他可以往這個組中發(fā)送數(shù)據(jù)， 也將接受到來 自這個組任何成員的數(shù)據(jù) （包括自己往組中發(fā)送的數(shù)據(jù)， 可以關(guān)

26、閉）。多播是 UDP 連接12. 多播 bind 的意義只要是加入多播的程序，都是平等的成員，沒有所謂特定的服務器端和客戶端， 因為都需要接受來自多播組的數(shù)據(jù)， 也可以往多播組自中發(fā)送數(shù)據(jù)， 所以需綁定 多播地址，以便從多播地址發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，所以多播程序都需要 bind 多播地 址，從 UDP 角度來講，客戶端不需要 bind ，但是多播雖然每一個都是客戶端， 但是都也會被動接受數(shù)據(jù)，所以要 bind圖1-1 OSI模型1. Network Basic1.1 OSI模型網(wǎng)絡基礎(chǔ)首先需要知道的就是 OSI模型，這是理論上的INETNET模型應用層：上層應用網(wǎng)絡編程接口表示層：關(guān)注對等實體間交換

27、數(shù)據(jù)格式（int16，int32，int64，以及 little endian 禾口 big endian）會話層：提供一個類似命名空間，將 一個應用各部分不同傳輸流聯(lián)系 在一起，比如視頻流和音頻流 傳輸層:進程到進程的信道（消息， 網(wǎng)關(guān)） 網(wǎng)絡層：路由選擇（分組、路由器） 數(shù)據(jù)鏈路層：比特流組成幀（網(wǎng)絡適配器、 驅(qū)動程序、Hub）物理層：物理通信鏈路上的原始比特 傳輸1.2因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，TCP、IP模型（沙漏模型）SMTP HTTP RTPcopper fiber radioerniJ WWW phone.TCP UDPether net PPF<XTCP和UDP提供邏輯信 道，從端

28、到端(end to end)特點：1. 沒有嚴格的劃分層 次，比較自由2. 沙漏模型，以IP為核 心定義網(wǎng)絡中交換分組的 一種共同方法1.3網(wǎng)際協(xié)議族OSI模型僅僅只是學術(shù)上、理論上的模型，在真正的In ternet應用上，將加權(quán)0護應用層、表示層、會話層合并為一層，提供套接字供用戶進行編程，傳輸層提供 TCP、UDP協(xié)議族，網(wǎng)絡層提供IP供上層使用，數(shù)據(jù)鏈路層與物理層即設備與 設備驅(qū)動程序。圖1-2網(wǎng)際協(xié)議族2. TCP協(xié)議與TCP編程2.1 TCP協(xié)議略解TCP 是可靠的、可流量控制的、排序的、全雙工的網(wǎng)絡網(wǎng)際協(xié)議。 可靠性TCP 當往另一端發(fā)送數(shù)據(jù)時需要對端返回一個確認， 如果在一定時間沒有收 到確認， TCP 將會自動重傳數(shù)據(jù)并等待更長時間，直到數(shù)次重傳失敗之后、TCP才選擇放棄，一般為 410 分鐘。 流量可控TCP還有動態(tài)估算客戶端與服務器端往返時間（RTT, round-trip time ） 的算法，以便估算等待一個確認需要多長時間 排序TCP會對自己發(fā)出的每一個字節(jié)關(guān)聯(lián)一個序列號，