Linux程序設計 6-第六章-Linux網(wǎng)絡程序設計

1、第六章-Linux網(wǎng)絡程序設計基本要求n1、了解TCP/IP基礎知識，什么是socket，socket編程，遠程過程調用。n2、掌握Linux平臺數(shù)據(jù)結構的傳送方法。TCP/IP協(xié)議概述nOSI參考模型與TCP/IP參考模型應用層表示層會話層傳輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應用層傳輸層網(wǎng)絡層網(wǎng)絡接口層OSI參考模型TCP/IP參考模型OSI參考模型與TCP/IP參考模型對應關系TCP/IP協(xié)議族TCP/IP 實際上一個一起工作的通信家族，為網(wǎng)際數(shù)據(jù)通信提供通路。為討論方便可將TCP/IP 協(xié)議組大體上分為三部分：1Internet 協(xié)議（IP）2傳輸控制協(xié)議（TCP）和用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議（UDP）3

2、處于TCP 和UDP 之上的一組協(xié)議專門開發(fā)的應用程序。它們包括：TELNET，文件傳送協(xié)議（FTP），域名服務（DNS）和簡單的郵件傳送程序（SMTP）等許多協(xié)議。網(wǎng)絡層n第一部分也稱為網(wǎng)絡層。包括Internet 協(xié)議（IP）、網(wǎng)際控制報文協(xié)議（ICMP）和地址識別協(xié)議（ARP）.n Internet 協(xié)議（IP）。n該協(xié)議被設計成互聯(lián)分組交換通信網(wǎng)，以形成一個網(wǎng)際通信環(huán)境。它負責在源主機和目的地主機之間傳輸來自其較高層軟件的稱為數(shù)據(jù)報文的數(shù)據(jù)塊，它在源和目的地之間提供非連接型傳遞服務。n 網(wǎng)際控制報文協(xié)議（ICMP）。n它實際上不是IP層部分，但直接同IP層一起工作，報告網(wǎng)絡上的某些出錯

3、情況。允許網(wǎng)際路由器傳輸差錯信息或測試報文。n 地址識別協(xié)議（ARP）。nARP 實際上不是網(wǎng)絡層部分，它處于IP和數(shù)據(jù)鏈路層之間，它是在32位IP地址和48位局域網(wǎng)物理地址之間執(zhí)行翻譯的協(xié)議。傳輸層協(xié)議n 第二部分是傳輸層協(xié)議。包括傳輸控制協(xié)議和用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議。n 傳輸控制協(xié)議（TCP）。n 由于IP 提供非連接型傳遞服務，因此TCP應為應用程序存取網(wǎng)絡創(chuàng)造了條件，使用可靠的面向連接的傳輸層服務。該協(xié)議為建立網(wǎng)際上用戶進程之間的對話負責。此外，還確保兩個以上進程之間的可靠通信。它所提供的功能如下。n 1監(jiān)聽輸入對話建立請求。n 2請求另一網(wǎng)絡站點對話。n 3可靠的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。n 4適度

4、的關閉對話。應用程序部分n 用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議（UDP）。UDP 提供不可靠的非連接型傳輸層服務，它允許在源和目的地站點之間傳送數(shù)據(jù)，而不必在傳送數(shù)據(jù)之前建立對話。此外，該協(xié)議還不使用TCP使用的端對端差錯校驗。當使用UDP時，傳輸層功能全都發(fā)揮，而開銷卻比較低。它主要用于那些不要求TCP協(xié)議的非連接型的應用程序。例如，名字服務、網(wǎng)絡管理、視頻點播和網(wǎng)絡會議等。n最后是應用程序部分。這部分包括Telnet，文件傳送協(xié)議（FTP 和TFTP），簡單的文件傳送協(xié)議（SMTP）和域名服務（DNS）等協(xié)議。nTCP/IP 使用了主干網(wǎng)絡，能連接各種主機和LAN 的多級分層結構，局部用戶能方便的聯(lián)網(wǎng)，不致

5、影響到整個網(wǎng)絡系統(tǒng)。此外這種結構還有利于局部用戶控制操作和管理。nTCP/IP 具有兩個主要功能。第一是IP在網(wǎng)絡之間（有時在個別網(wǎng)絡內部）提供路由選擇。第二是TCP將TP傳遞的數(shù)據(jù)傳送的接收主機那的適當?shù)奶幚聿考nternet 協(xié)議（IP）nIP主要有以下四個主要功能：n （1）數(shù)據(jù)傳送n （2）尋址n （3）路由選擇n （4）數(shù)據(jù)報文的分段IP功能n IP的主要目的是為數(shù)據(jù)輸入/輸出網(wǎng)絡提供基本算法，為高層協(xié)議提供無連接的傳送服務。這意味著在IP將數(shù)據(jù)遞交給接收站點以前不在傳輸站點和接收站點之間建立對話（虛擬鏈路）。它只是封裝和傳遞數(shù)據(jù)，但不向發(fā)送者或接收者報告包的狀態(tài)，不處理所遇到的

6、故障。n IP協(xié)議不注意包內的數(shù)據(jù)類型，它所知道的一切是必須將某些稱為IP 幀頭的控制協(xié)議加到高層協(xié)議（TCP 或者UDP）所接受的數(shù)據(jù)上。IP 地址nIP地址為32位地址，一般以4個字節(jié)表示。每個字節(jié)的數(shù)字又用十進制表示，即每個字節(jié)的數(shù)的范圍是0255，且每個數(shù)字之間用點隔開，例如：12，這種記錄方法稱為“點-分”十進制記號法。IP地址的結構如下所示：網(wǎng)絡類型網(wǎng)絡ID主機IDIP地址的分類nInternet地址可分成5類：n A、B、C三類由InterNIC（Internet網(wǎng)絡信息中心）在全球范圍內統(tǒng)一分配，D、E類為特殊地址。 0 1 7 8 310網(wǎng)絡地址ID主機

7、地址IDA類IP地址10網(wǎng)絡地址ID主機地址ID0 1 2 15 16 31B類IP地址110網(wǎng)絡地址ID主機地址ID012 3 23 24 31C類IP地址1110廣播地址ID0 1 2 3 4 31D類IP地址11110保留用于將來和試驗使用 0 1 2 3 4 5 31E類IP地址IP地址說明nA 類網(wǎng)絡地址有128 個（支持127）個網(wǎng)絡，占有最左邊的一個字節(jié)（8 位）。高位（0）表示識別這種地址的類型。nB 類地址使用左邊兩個8 位用來網(wǎng)絡尋址。兩個高位（10）用于識別這種地址的類型，其余的14 位用作網(wǎng)絡地址，右邊的兩個字節(jié)（16 位）用作網(wǎng)絡節(jié)點。nC 類地址是最常見的Inter

8、net 地址。三個高位（110）用于地址類型識別，左邊三個字節(jié)的其余21 位用于尋址。C 類地址支持1046個網(wǎng)絡，每個網(wǎng)絡可多達256 端點。nD 類地址是相當新的。它的識別頭是1110，用于組播，例如用于路由器修改。nE 類地址為時延保留，其識別頭是11110。傳輸控制協(xié)議（TCP）nTCP（傳輸控制協(xié)議Transmission Control Protocol）是重要的傳輸層協(xié)議，傳輸層軟件TCP的目的是允許數(shù)據(jù)同網(wǎng)絡上的另外站點進行可靠的交換。它能提供端口編號的譯碼，以識別主機的應用程序，而且完成數(shù)據(jù)的可靠傳輸。nTCP 協(xié)議具有嚴格的內裝差錯檢驗算法確保數(shù)據(jù)的完整性。nTCP 是面向

9、字節(jié)的順序協(xié)議，這意味著包內的每個字節(jié)被分配一個順序編號，并分配給每包一個順序編號。TCP 頭信息用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議nUDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議User Datagram Protocol）也是TCP/IP 的傳輸層協(xié)議，它是無連接的，不可靠的傳輸服務。當接收數(shù)據(jù)時它不向發(fā)送方提供確認信息，它不提供輸入包的順序，如果出現(xiàn)丟失包或重份包的情況，也不會向發(fā)送方發(fā)出差錯報文。nUDP 的主要作用是分配和管理端口編號，以正確無誤的識別運行在網(wǎng)絡站點上的個別應用程序。由于它執(zhí)行功能時具有較低的開銷，因而執(zhí)行速度比TCP快。它多半用于不需要可靠傳輸?shù)膽贸绦颍缇W(wǎng)絡視頻點播和視頻會議等。UDP 頭信息TCP/

10、IP 協(xié)議分組服務1. 控制數(shù)據(jù)的協(xié)議n TCP以連接為基礎，即兩臺電腦必須先建立一個連接，然后才能傳輸數(shù)據(jù)。事實上，發(fā)送和接受的電腦必須一直互相通訊和聯(lián)系。n UDP是一個無連接服務，數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送而不必在兩臺電腦之間建立一個網(wǎng)絡連接。它和有連接的TCP相比，占用帶寬少，但是無法確認數(shù)據(jù)是否真正到達了客戶端，而客戶端收到的數(shù)據(jù)也不知道是否還是原來的發(fā)送順序。2. 數(shù)據(jù)路由協(xié)議n 路由協(xié)議分析數(shù)據(jù)包的地址并且決定傳輸數(shù)據(jù)到目的電腦最佳路線。他們也可以把大的數(shù)據(jù)分成幾部分，并且在目的地再把他們組合起來。IP處理實際上傳輸數(shù)據(jù)。n ICMP（網(wǎng)絡控制信息協(xié)議Internet Control Me

11、ssage Protocol）處理IP的狀態(tài)信息，比如能影響路由決策的數(shù)據(jù)錯誤或改變。n RIP（路由信息協(xié)議Routing Information Protocol）它是幾個決定信息傳輸?shù)淖罴崖酚陕肪€協(xié)議中的一個。n OSPF（Open Shortest Path First）一個用來決定路由的協(xié)議。n ARP（地址解析協(xié)議Address Resolution Protocol）確定網(wǎng)絡上一臺電腦的數(shù)字地址。n DNS（域名系統(tǒng)Domain Name System）從機器的名字確定一個機器的數(shù)字地址。n RARP（反向地址解析協(xié)議Reverse Address Resolution Prot

12、ocol）確定網(wǎng)絡上一臺計算機的地址，和ARP正好相反。3. 用戶服務n BOOTP（啟動協(xié)議Boot Protocol） 由網(wǎng)絡服務器上取得啟動信息，然后將本地的網(wǎng)絡計算機啟動。n FTP（文件傳輸協(xié)議File Transfer Protocol）通過國際互連網(wǎng)從一臺計算機上傳輸一個或多個文件到另外一臺計算機。n TELNET（遠程登陸）允許一個遠程登陸，使用者可以從網(wǎng)絡上的一臺機器通過TELNET連線到另一臺機器，就像使用者直接在本地操作一樣。n EGP（外部網(wǎng)關協(xié)議Exterior Gateway Protocol）為外部網(wǎng)絡傳輸路由信息。n GGP（網(wǎng)關到網(wǎng)關協(xié)議Gateway-to-

13、Gateway Protocol）在網(wǎng)關和網(wǎng)關之間傳輸路由協(xié)議。n IGP（內部網(wǎng)關協(xié)議Interior Gateway Protocol）在內部網(wǎng)絡傳輸路由信息。4. 其他協(xié)議(也為網(wǎng)絡提供了重要的服務)n NFS（網(wǎng)絡文件系統(tǒng)Network File System）允許將一臺機器的目錄被另一臺機器上的用戶安裝（Mount）到自己的機器上，就像是對本地文件系統(tǒng)進行操作一樣進行各式各樣的操作。n NIS（網(wǎng)絡信息服務Network Information Service）對整個網(wǎng)絡用戶的用戶名、密碼進行統(tǒng)一管理，簡化在NIS 服務下整個網(wǎng)絡登陸的用戶名密碼檢查。n RPC（遠程過程調用Remo

14、te Procedure Call）通過它可以允許遠程的應用程序通過簡單的、有效的手段聯(lián)系本地的應用程序，反之也是。n SMTP（簡單郵件傳輸協(xié)議Simple Mail Transfer Protocol）一個專門為電子郵件在多臺機器中傳輸?shù)膮f(xié)議，平時發(fā)郵件的SMTP 服務器提供的必然服務。n SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議Simple Network Management Protocol）這是一項為超級用戶準備的服務，超級用戶可以通過它來進行簡單的網(wǎng)絡管理。端口n TCP和UDP協(xié)議是以IP協(xié)議為基礎的傳輸，為了方便多種應用程序，區(qū)分不同應用程序的數(shù)據(jù)和狀態(tài)，引入了端口的概念。n 端口是一個1

15、6位的整數(shù)類型值，通常稱這個值為端口號。如果是服務程序，則需要對某個端口進行綁定，這樣某個客戶端可以方位本主機上的此端口來與應用程序進行通信。由于IP地址只能對主機進行區(qū)分，而加上端口號就可以對區(qū)分此主機上的應用程序。實際上，IP地址和端口號的組合，可以確定在網(wǎng)絡上的一個程序通路，端口號實際上是操作系統(tǒng)標識應用程序的一種方法。主機字節(jié)序和網(wǎng)絡字節(jié)序n在使用網(wǎng)絡進行程序設計中會碰到的一個問題是字節(jié)序的問題，這在基于單機或者同類型機器進行開發(fā)的過程中很少遇到。由于網(wǎng)絡的特點是將Internet上不同的網(wǎng)絡設備和主機進行連接和通信，這決定了使用網(wǎng)絡進行開發(fā)的程序的特點就是要兼容各種類型的設備，其中的

16、數(shù)據(jù)在不同的設備上要有唯一的含義。字節(jié)序的問題是上述情況下的典型問題。字節(jié)序的含義n 字節(jié)序的問題是由于CPU對整數(shù)在內存中的存放方式造成的。字節(jié)多于一個字節(jié)的數(shù)據(jù)類型在內存中的存放順序叫主機字節(jié)序。最常見的字節(jié)序有兩種，小端字節(jié)序和大端字節(jié)序：n 小端字節(jié)序，即Little Endian（簡稱LE），將數(shù)據(jù)的最低字節(jié)放在內存的起始位置。小端字節(jié)序的特點是內存地址較低的位存放數(shù)據(jù)的低位，內存地址高的位存放數(shù)據(jù)的高位，與思維的習慣。采用低字節(jié)序的CPU有x86架構的intel系列產(chǎn)品。n 大端字節(jié)序，即Big Endian（簡稱BE），將數(shù)據(jù)的高字節(jié)放在內存的起始位置。大端字節(jié)序的特點是內存中低

17、字節(jié)位置存放數(shù)據(jù)的高位字節(jié)，內存中的高位字節(jié)存放數(shù)據(jù)的較低字節(jié)數(shù)據(jù)，與思維習慣不一致，但是與實際數(shù)據(jù)的表達方式是一致的。采用大端字節(jié)序的CPU有PowerPC的UNIX系統(tǒng)。網(wǎng)絡字節(jié)序的轉換n 網(wǎng)絡的字節(jié)序標準規(guī)定為大端字節(jié)序，不同平臺上會對主機字節(jié)序進行轉化，成為網(wǎng)絡字節(jié)序后再進行傳送，到主機后再轉化為主機字節(jié)序，數(shù)據(jù)的傳輸就不會產(chǎn)生傳輸造成的問題了。同一個數(shù)據(jù)在不同的平臺上可以使用網(wǎng)絡字節(jié)序的轉換函數(shù)來實現(xiàn)。什么是套接字（SOCKET）n套接口是對網(wǎng)絡中不同主機上應用進程之間進行雙向通信的端點的抽象，一個套接口就是網(wǎng)絡上進程通信的一端，提供了應用層進程利用網(wǎng)絡協(xié)議棧交換數(shù)據(jù)的機制。Sock

18、et 的功能n Socket 的英文原意就是“孔”或“插座”，將電話系統(tǒng)與面向連接的Socket 機制相比，有著驚人相似的地方。以一個國家級的電話網(wǎng)為例。n 電話的通話雙方相當于相互通信的兩個進程；通話雙方所在的地區(qū)（享有一個全局唯一的區(qū)號）相當于一個網(wǎng)絡，區(qū)號是它的網(wǎng)絡地址；區(qū)內的一個單位的交換機相當于一臺主機，主機分配給每個用戶的局內號碼相當于Socket 號.n 任何用戶在通話之前，首先要占有一部電話機，相當于申請一個Socket 號；同時要知道對方的電話號碼，相當于對方有一個Socket。n 然后向對方撥號呼叫，相當于發(fā)出連接請求（假如對方不在同一區(qū)內，還要撥對方區(qū)號，相當于給出網(wǎng)絡地

19、址）。對方假如在場并空閑（相當于通信的另一主機開機且可以接受連接請求），拿起電話話筒，雙方就可以正式通話，相當于連接成功。n 雙方通話的過程，是向電話機發(fā)出信號和從電話機接受信號的過程，相當于向Socket 發(fā)送數(shù)據(jù)和從Socket 接受數(shù)據(jù)。通話結束后，一方掛起電話機，相當于關閉Socket，撤消連接。套接字基礎n從套接字所處的地位來講，套接字上聯(lián)應用進程，下聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議棧，是應用程序通過網(wǎng)絡協(xié)議棧進行通信的接口，是應用程序與網(wǎng)絡協(xié)議棧進行交互的接口。 套接字基礎(續(xù))n從實現(xiàn)的角度來講，非常復雜。套接字是一個復雜的軟件機構，包含了一定的數(shù)據(jù)結構，包含許多選項，由操作系統(tǒng)內核管理。n從使用的角

20、度來講，非常簡單。對于套接字的操作形成了一種網(wǎng)絡應用程序的編程接口（API）。n操作套接字的編程接口函數(shù)稱作套接字編程接口，套接字是它的操作對象。n總之，套接字是網(wǎng)絡通信的基石。常用的socketn流式套接字：它提供基于TCP協(xié)議的雙向、可靠、有序且不重復的無記錄邊界的數(shù)據(jù)流。n數(shù)據(jù)報套接字：它提供基于UDP協(xié)議的雙向數(shù)據(jù)流，但不一定可靠、有序和不重復。n原始套接字：它提供網(wǎng)絡下層通信協(xié)議的直接訪問。一般用于開發(fā)新的網(wǎng)絡層協(xié)議，如新的IP協(xié)議等。UDPTCP三種表示套接字地址的結構n(1)struct sockaddr這個結構用來存儲套接字地址。數(shù)據(jù)定義：struct sockaddr uns

21、igned short sa_family; /* address族, AF_xxx */char sa_data14; /* 14 bytes的協(xié)議地址*/;sa_family 一般來說，都是“AF_INET”。sa_data 包含了一些遠程電腦的地址、端口和套接字的數(shù)目，它里面的數(shù)據(jù)是雜溶在一切的。三種表示套接字地址的結構(續(xù))n(2). struct sockaddr_in為了處理struct sockaddr， 程序員建立了另外一個相似的結構struct sockaddr_in：struct sockaddr_in (“in” 代表“Internet”)struct sockaddr_

22、in short int sin_family; /* Internet地址族*/unsigned short int sin_port; /* 端口號*/struct in_addr sin_addr; /* Internet地址*/unsigned char sin_zero8; /* 添0（和struct sockaddr一樣大?。?/;這個結構提供了方便的手段來訪問socket address（struct sockaddr）結構中的每一個元素。三種表示套接字地址的結構(續(xù))n(3)struct in_addr專門用來存儲 IP地址，其定義如下：/* 因特網(wǎng)地址(a structure

23、 for historical reasons) */struct in_addr unsigned long s_addr;如果你聲明了一個“ ina ” 作為一個struct sockaddr_in 的結構， 那么“ina.sin_addr.s_addr”就是4 個字節(jié)的IP 地址（按網(wǎng)絡字節(jié)順序排放）。需要注意的是，即使你的系統(tǒng)仍然使用聯(lián)合而不是結構來表示struct in_addr，你仍然可以用上面的方法得到4 個字節(jié)的IP 地址.三種表示套接字地址的結構(續(xù))n(4).這些數(shù)據(jù)結構的一般用法：首先，定義一個Sockaddr_in的結構實例，并將它清零。比如：struct sockad

24、dr_in myad;memset(&myad,0,sizeof(struct sockaddr_in);然后，為這個結構賦值，比如：myad.sin_family=AF_INET;myad.sin_port=htons(8080); myad.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR-ANY);第三步：在函數(shù)調用中使用時，將這個結構強制轉換為sockaddr類型。如：accept(listenfd,(sockaddr*)(&myad),&addrlen);本機字節(jié)順序和網(wǎng)絡字節(jié)順序n 在具體計算機中的多字節(jié)數(shù)據(jù)的存儲順序，稱為本機字節(jié)順序。多字節(jié)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡協(xié)議報頭中的存儲順序

25、，稱為網(wǎng)絡字節(jié)順序。n 在網(wǎng)絡上面有著許多類型的機器,這些機器在表示數(shù)據(jù)的字節(jié)順序是不同的, 比如i386芯片是低字節(jié)在內存地址的低端,高字節(jié)在高端,而alpha芯片卻相反. n 為了統(tǒng)一起來,在Linux下面,有專門的字節(jié)轉換函數(shù). unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong) unsigned short int htons(unisgned short int hostshort) unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong) unsigned short int ntohs

26、(unsigned short int netshort) n 在這四個轉換函數(shù)中,h 代表host, n 代表 network.s 代表short l 代表long 第一個函數(shù)的意義是將本機器上的long數(shù)據(jù)轉化為網(wǎng)絡上的long. 其他幾個函數(shù)的意義也差不多. 點分十進制的IP地址的轉換n(1) inet_aton將strptr所指的字符串轉換成32位的網(wǎng)絡字節(jié)序二進制值。 include int inet_aton(const char *strptr,struct in_addr *addrptr);n(2) inet_addr功能同上，返回地址。int_addr_t inet_add

27、r(const char *strptr);n(3) inet_ntoa將32位網(wǎng)絡字節(jié)序二進制地址轉換成點分十進制的串。 char *inet_ntoa(stuct in_addr inaddr);域名服務在網(wǎng)絡上標志一臺機器可以用IP或者是用域名.那么我們怎么去進行轉換呢?structhostent*gethostbyname(constchar*hostname) 可以將機器名(如 )轉換為一個結構指針.在這個結構里面儲存了域名的信息 structhostent*gethostbyaddr(constchar*addr,intlen,inttype) 可以將一個32位的IP地址(C0A8

28、0001)轉換為結構指針. 這兩個函數(shù)失敗時返回NULL 且設置h_errno錯誤變量,調用h_strerror()可以得到詳細的出錯信息 struct hostent的定義: struct hostent char *h_name; /* 主機的正式名稱 */ char *h_aliases; /* 主機的別名 */ int h_addrtype; /* 主機的地址類型 AF_INET*/ int h_length; /* 主機的地址長度 對于IP4 是4字節(jié)32位*/ char *h_addr_list; /* 主機的IP地址列表 */ #define h_addr h_addr_list

29、0 /* 主機的第一個IP地址*/套接字的工作過程初等網(wǎng)絡函數(shù)n 1 socket #include int socket(int domain, int type,int protocol) socket為網(wǎng)絡通訊做基本的準備.成功時返回文件描述符,失敗時返回-1。通過errno可知道出錯的詳細情況. n 參數(shù)說明：domain:說明我們網(wǎng)絡程序所在的主機采用的通訊協(xié)族(AF_UNIX和AF_INET等)。AF_UNIX只能夠用于單一的Unix系統(tǒng)進程間通信,而AF_INET是針對Internet的,因而可以允許在遠程主機之間通信當我們 man socket時發(fā)現(xiàn) domain可選項是 PF

30、_*而不是AF_*,因為glibc是posix的實現(xiàn) 所以用PF代替了AF,不過我們都可以使用的. type:我們網(wǎng)絡程序所采用的通訊協(xié)議。SOCK_STREAM表明我們用的是TCP協(xié)議,這樣會提供按順序的,可靠,雙向,面向連接的比特流. SOCK_DGRAM 表明我們用的是UDP協(xié)議,這樣只會提供定長的,不可靠,無連接的通信。 SOCK_RAW 原始套接字，用來直接訪問IP協(xié)議。protocol:由于我們指定了type,所以這個地方我們一般只要用0來代替就可以了。初等網(wǎng)絡函數(shù)(續(xù))n2 bind int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, i

31、nt addrlen) bind將本地的端口同socket返回的文件描述符捆綁在一起.成功是返回0,失敗的情況和socket一樣。n參數(shù)說明sockfd:是由socket調用返回的文件描述符. addrlen:是sockaddr結構的長度. my_addr:是一個指向sockaddr的指針. 構造套接字地址舉例int listenfd；struct sockaddr_in server_addr;listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bzero(&server_addr,sizeof(server_addr); server_addr.sin_famil

32、y=AF_INET;server_addr.sin_port=htons(80);inet_pton(AF_INET, “44”, & server_addr.sin_addr)；bind(listenfd,& server_addr,sizeof(struct sockaddr_in) 初等網(wǎng)絡函數(shù)(續(xù))n3 listen int listen(int sockfd,int backlog) listen函數(shù)將bind的文件描述符變?yōu)楸O(jiān)聽套接字。返回的情況和bind一樣。n參數(shù)說明sockfd:是bind后的文件描述符.。backlog:設置請求排隊的最大長度.當有多

33、個客戶端程序和服務端相連時, 使用這個表示可以介紹的排隊長度。初等網(wǎng)絡函數(shù)(續(xù))n4 accept int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr,int *addrlen)accept成功時返回最后的服務器端的文件描述符，這個時候服務器端可以向該描述符寫信息了。失敗時返回-1 。n參數(shù)說明sockfd:是listen后的文件描述符.。addr,addrlen是用來給客戶端的程序填寫的，服務器端只要傳遞指針就可以了.。bind,listen和accept是服務器端用的函數(shù),accept調用時，服務器端的程序會一直阻塞到有一個 客戶程序發(fā)出了連接， ac

34、cept成功時返回最后的服務器端的文件描述符。初等網(wǎng)絡函數(shù)(續(xù))n5 connect int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen) connect函數(shù)是客戶端用來同服務端連接的。成功時返回0，sockfd是同服務端通訊的文件描述符 。失敗時返回-1。n參數(shù)說明sockfd:socket返回的文件描述符. serv_addr:儲存了服務器端的連接信息.其中sin_add是服務端的地址 addrlen:serv_addr的長度 完整的讀寫函數(shù)n 一旦我們建立了連接,我們的下一步就是進行通信了.n 在Linux下面把

35、我們前面建立的通道 看成是文件描述符,這樣服務器端和客戶端進行通信時候,只要往文件描述符里面讀寫東西了. 就象我們往文件讀寫一樣。n 1 寫函數(shù)write ssize_t write(int fd,const void *buf,size_t nbytes) write函數(shù)將buf中的nbytes字節(jié)內容寫入文件描述符fd.成功時返回寫的字節(jié)數(shù).失敗時返回-1. 并設置errno變量. 在網(wǎng)絡程序中,當我們向套接字文件描述符寫時有倆種可能. 1)write的返回值大于0,表示寫了部分或者是全部的數(shù)據(jù). 2)返回的值小于0,此時出現(xiàn)了錯誤.我們要根據(jù)錯誤類型來處理. 如果錯誤為EINTR表示在寫

36、的時候出現(xiàn)了中斷錯誤. 如果為EPIPE表示網(wǎng)絡連接出現(xiàn)了問題(對方已經(jīng)關閉了連接). 寫實例int my_write(int fd,void *buffer,int length) int bytes_left; int written_bytes; char *ptr; ptr=buffer; bytes_left=length; while(bytes_left0) /* 開始寫*/ written_bytes=write(fd,ptr,bytes_left); if(written_bytes0) bytes_read=read(fd,ptr,bytes_read); if(bytes

37、_read0) if(errno=EINTR) bytes_read=0; else return(-1); else if(bytes_read=0) break; bytes_left-=bytes_read; ptr+=bytes_read; return(length-bytes_left); 完整的讀寫函數(shù)(續(xù))n 3 數(shù)據(jù)的傳遞 有了上面的兩個函數(shù),我們就可以向客戶端或者是服務端傳遞數(shù)據(jù)了.比如我們要傳遞一個結構.可以使用如下方式 ：/* 客戶端向服務端寫 */ struct my_struct my_struct_client; write(fd,(void *)&my_stru

38、ct_client,sizeof(struct my_struct); /* 服務端的讀*/ char buffersizeof(struct my_struct); struct *my_struct_server; read(fd,(void *)buffer,sizeof(struct my_struct); my_struct_server=(struct my_struct *)buffer; 在網(wǎng)絡上傳遞數(shù)據(jù)時我們一般都是把數(shù)據(jù)轉化為char類型的數(shù)據(jù)傳遞.接收的時候也是一樣的。注意的是我們沒有必要在網(wǎng)絡上傳遞指針(因為傳遞指針是沒有任何意義的,我們必須傳遞指針所指向的內容) 。面

39、向連接的傳輸層套接字舉例n 服務器端程序/* 服務器程序 (server.c) */ #include #include #include #include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv) int sockfd,new_fd; struct sockaddr_in server_addr; struct sockaddr_in client_addr; int sin_size,portnumber; char hello=Hello! Are You Fine?n; if(argc!=2)

40、fprintf(stderr,Usage:%s portnumberan,argv0); exit(1); if(portnumber=atoi(argv1)0) fprintf(stderr,Usage:%s portnumberan,argv0); exit(1); /* 服務器端開始建立socket描述符 */ if(sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0)=-1) fprintf(stderr,Socket error:%sna,strerror(errno); exit(1); /* 服務器端填充 sockaddr結構 */ bzero(&server

41、_addr,sizeof(struct sockaddr_in); server_addr.sin_family=AF_INET; server_addr.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY); server_addr.sin_port=htons(portnumber); /* 捆綁sockfd描述符 */if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)=-1) fprintf(stderr,Bind error:%sna,strerror(errno); exit(

42、1); /* 監(jiān)聽sockfd描述符 */ if(listen(sockfd,5)=-1) fprintf(stderr,Listen error:%sna,strerror(errno); exit(1); while(1) /* 服務器阻塞,直到客戶程序建立連接 */ sin_size=sizeof(struct sockaddr_in); if(new_fd=accept(sockfd,(struct sockaddr *)(&client_addr),&sin_size)=-1) fprintf(stderr,Accept error:%sna,strerror(errno); exi

43、t(1); fprintf(stderr,“Server get connection from %sn”, inet_ntoa(client_addr.sin_addr); if(write(new_fd,hello,strlen(hello)=-1) fprintf(stderr,“Write Error:%sn”,strerror(errno); exit(1); /* 這個通訊已經(jīng)結束 */ close(new_fd); /* 循環(huán)下一個 */ close(sockfd); exit(0); 面向連接的傳輸層套接字舉例n 客戶端程序/* 客戶端程序 client.c */ #inclu

44、de #include #include #include #include #include #include #include int main(int argc, char *argv) int sockfd; char buffer1024; struct sockaddr_in server_addr; struct hostent *host; int portnumber,nbytes; if(argc!=3) fprintf(stderr,Usage:%s hostname portnumberan,argv0); exit(1); if(host=gethostbyname(

45、argv1)=NULL) fprintf(stderr,Gethostname errorn); exit(1); if(portnumber=atoi(argv2)h_addr); /* 客戶程序發(fā)起連接請求 */ if(connect(sockfd,(struct sockaddr *)(&server_addr),sizeof(struct sockaddr)=-1) fprintf(stderr,Connect Error:%san,strerror(errno); exit(1); /* 連接成功了 */ if(nbytes=read(sockfd,buffer,1024)=-1)

46、fprintf(stderr,Read Error:%sn,strerror(errno); exit(1); buffernbytes=0; printf(I have received:%sn,buffer); /* 結束通訊 */ close(sockfd); exit(0); 無連接的套接字編程使用數(shù)據(jù)報套接字開發(fā)網(wǎng)絡應用程序，既可以采用客戶/服務器模式，也可以采用對等模式。客戶/服務器模式UDP通信機制n在服務器端服務器先使用AF_INET協(xié)議族創(chuàng)建UDP數(shù)據(jù)報類型的套接字，該socket類型為SOCK_DGRAM；然后服務器調用bind函數(shù)，給此UDP套接字綁定一個端口；調用rec

47、vfrom函數(shù)在指定的端口上等待客戶端發(fā)送來的UDP數(shù)據(jù)報。n在客戶端先通過socket函數(shù)創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)報套接字；然后由操作系統(tǒng)為這個套接字分配端口號；此后客戶端就可以使用sendto函數(shù)向一個指定的地址發(fā)送一個UDP套接字。在服務器端收到套接字后，從recvfrom中返回，在對數(shù)據(jù)進行處理之后，再用sendto函數(shù)處理的結果返回客戶端。UDP與TCP的比較nUDP服務器通常是非連接的因而UDP服務器進程不需要象TCP服務器那樣在傾聽套接字上接收新建的連接；UDP只需要在綁定的端口上等待客戶機發(fā)送來的UDP數(shù)據(jù)報，并對其進行處理和響應。一個TCP服務器進程只有在完成了對某客戶機的服務后，才能為

48、其他的客戶機提供服務；UDP客戶機并不獨占服務器，UDP服務器只是接收數(shù)據(jù)報，處理并返回結果。UDP的應用場合nUDP支持廣播和多播。如果要使用廣播和多播，必須使用UDP套接字。nUDP套接字沒有連接的建立和終止過程。UDP只需要兩個分組來交換一個請求和應答。nUDP不適合海量數(shù)據(jù)的傳輸。無連接的傳輸層套接字 n兩個常用的函數(shù) # include int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr * from int *fromlen) int sendto(int sockfd,const

49、 void *msg,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *to int tolen) sockfd,buf,len的意義和read,write一樣,分別表示套接字描述符,發(fā)送或接收的緩沖區(qū)及大小recvfrom負責從sockfd接收數(shù)據(jù),如果from不是NULL,那么在from里面存儲了信息來源的情況,如果對信息的來源不感興趣,可以將from和fromlen設置為NULL.sendto負責向to發(fā)送信息.此時在to里面存儲了收信息方的詳細資料.UDP實例n一個實例程序編譯好后，運行時需指定雙方所使用的IP地址和端口號，第一個參數(shù)是對方的IP地

50、址，然后是對方的端口號，之后是本端的IP地址和端口號。例如在test1的終端輸入：a.out 00 4321 68 5678同時在test2上輸入： a.out 68 5678 00 4321然后雙方都可以發(fā)送信息給對方了/*first step in udp programming*/#include #include #include #include #define BUFLEN 255int main(int argc,char *argv)struct sockaddr_in peeraddr,l

51、ocaladdr;int sockfd;char recmsgBUFLEN+1;int socklen,n;if(argc!=5)printf(%s n,argv0);exit(0);sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);if(sockfd0)fprintf(stderr,socket creating error in udptalk.c!n);exit(1);socklen=sizeof(struct sockaddr_in);memset(&peeraddr,0,socklen);peeraddr.sin_family=AF_INET;peeraddr.

52、sin_port=htons(atoi(argv2);if(inet_pton(AF_INET,argv1,&peeraddr.sin_addr)=0)printf(Wrong dest IP address!n); exit(0);memset(&localaddr,0,socklen);localaddr.sin_family=AF_INET;localaddr.sin_port=htons(atoi(argv4);if(inet_pton(AF_INET,argv3,&localaddr.sin_addr)=0)printf(Wrong source IP address!n);exit

53、(0);if(bind(sockfd,&localaddr,socklen)0)fprintf(stderr,bind local address error in udptalk.c!n);exit(2);if(fgets(recmsg,BUFLEN,stdin)=NULL) exit(0);if(sendto(sockfd,recmsg,strlen(recmsg),0,&peeraddr,socklen)0)fprintf(stderr,sendto error in udptalk.c!n);perror();exit(3);for(;)n=recvfrom(sockfd,recmsg

54、,BUFLEN,0,&peeraddr,&socklen);if(n0)fprintf(stderr,recvfrom error in );perror();exit(4);elserecmsgn=0;printf(peer: %s,recmsg);if(fgets(recmsg,BUFLEN,stdin)=NULL) exit(0);if(sendto(sockfd,recmsg,strlen(recmsg),0,&peeraddr,socklen)0)fprintf(stderr,sendto error in udptalk.c!n);perror();exit(3); 對第一個UDP

55、例程的思考n思考：1. 只有來自對方IP和端口號的數(shù)據(jù)報才予以處理，如何過濾掉其它數(shù)據(jù)報？2. 雙方發(fā)送和接收交替進行，只要有一方發(fā)出數(shù)據(jù)報，對方阻塞的狀態(tài)就能消除。如果一個數(shù)據(jù)報丟失，通信雙方都在recvfrom中阻塞，永遠等待。超時機制的設置？對第一個UDP例程的思考n解決第一個問題：接收數(shù)據(jù)后，加入對數(shù)據(jù)報地址的檢驗：if(memcmp(recvaddr,perraddr,socklen)!=0) continue;這樣就將來自其他地址的數(shù)據(jù)報拒之門外了。對第一個UDP例程的思考n 解決第二個問題：前面提到的sock選項SO_RCVTIMEO就可以完成阻塞超時的設置。在程序中加入：# i

56、nclude Struct timeval recto;Int tolen=sizeof(struct timeval);/*建立socket等操作/rcvto.tv_sec=3; /*這兩句對rcvto定時為3秒0毫秒*/rccvto.tv_usec=0;Setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,&rcvto,tolen);getsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_RCVTIMEO,&rcvto,&tolen);Printf(“receive timeout setted is %ld second %ld millisecond

57、n”,rcvto.tv_sec,rcvto.tv_usec);n 如果顯示Receive timeout setted is 3 second 0 millisecond,那么就設置成功了；n 如果結果是Receive timeout setted is 0 second 0 millisecond,就意味著超時時間為無窮大。n 設置了SO_RCVTIMEO，那么在發(fā)生超時后，recvfrom將返回，返回值為-1，同時errno被置為EWOULDBLOCK。高級套接字函數(shù)n1、recv和send recv和send函數(shù)提供了和read和write差不多的功能。不過它們提供了第四個參數(shù)來控制讀寫

58、操作。 int recv(int sockfd,void *buf,int len,int flags) int send(int sockfd,void *buf,int len,int flags) 前面的三個參數(shù)和read,write一樣,第四個參數(shù)可以是0或者是以下的組合：MSG_DONTROUTE MSG_DONTROUTE 不查找路由表不查找路由表 MSG_OOB MSG_OOB 接受或者發(fā)送帶外數(shù)據(jù)接受或者發(fā)送帶外數(shù)據(jù) MSG_PEEK MSG_PEEK 查看數(shù)據(jù)查看數(shù)據(jù), ,并不從系統(tǒng)緩沖區(qū)移走數(shù)據(jù)并不從系統(tǒng)緩沖區(qū)移走數(shù)據(jù) MSG_WAITALL MSG_WAITALL 等待所

59、有數(shù)據(jù)等待所有數(shù)據(jù) n MSG_DONTROUTE:是send函數(shù)使用的標志。這個標志告訴IP協(xié)議，目的主機在本地網(wǎng)絡上面，沒有必要查找路由表。這個標志一般用網(wǎng)絡診斷和路由程序里面。n MSG_OOB:表示可以接收和發(fā)送帶外的數(shù)據(jù)。關于帶外數(shù)據(jù)我們以后會解釋的。n MSG_PEEK:是recv函數(shù)的使用標志。表示只是從系統(tǒng)緩沖區(qū)中讀取內容，而不清楚系統(tǒng)緩沖區(qū)的內容。這樣下次讀的時候，仍然是一樣的內容。一般在有多個進程讀寫數(shù)據(jù)時可以使用這個標志。n MSG_WAITALL：是recv函數(shù)的使用標志。表示等到所有的信息到達時才返回。使用這個標志的時候recv回一直阻塞，直到指定的條件滿足，或者是發(fā)

60、生了錯誤。1) 當讀到了指定的字節(jié)時，函數(shù)正常返回.返回值等于len。 2) 當讀到了文件的結尾時，函數(shù)正常返回，返回值小于len 。3)當操作發(fā)生錯誤時，返回-1，且設置錯誤為相應的錯誤號(errno)。n 如果flags為0，則和read，write一樣的操作。高級套接字函數(shù)(續(xù))n recvmsg和sendmsg recvmsg和sendmsg可以實現(xiàn)前面所有的讀寫函數(shù)的功能。int recvmsg(int sockfd,struct msghdr *msg,int flags) int sendmsg(int sockfd,struct msghdr *msg,int flags) n