Linux程序設計6-第六章-Linux網(wǎng)絡程序設計

第六章-Linux網(wǎng)絡程序設計基本要求1、了解TCP/IP基礎知識，什么是socket，socket編程，遠程過程調用。2、掌握Linux平臺數(shù)據(jù)結構的傳送方法。TCP/IP協(xié)議概述OSI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：1．Internet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．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）.Internet協(xié)議（IP）。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。

網(wǎng)際控制報文協(xié)議（ICMP）。它實際上不是IP層部分，但直接同IP層一起工作，報告網(wǎng)絡上的某些出錯情況。允許網(wǎng)際路由器傳輸差錯信息或測試報文。地址識別協(xié)議（ARP）。ARP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。

傳輸控制協(xié)議（TCP）。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。1．監(jiān)聽輸入對話建立請求。2．請求另一網(wǎng)絡站點對話。3．可靠的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。4．適度的關閉對話。應用程序部分用戶數(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。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。TCP/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。TCP/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?。Internet協(xié)議（IP）IP主要有以下四個主要功能：（1）數(shù)據(jù)傳送（2）尋址（3）路由選擇（4）數(shù)據(jù)報文的分段IP功能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)，不處理所遇到的故障。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IP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0~255，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Internet地址可分成5類：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。

01 78 310網(wǎng)絡地址ID主機地址IDA類IP地址10網(wǎng)絡地址ID主機地址ID0121516 31B類IP地址110網(wǎng)絡地址ID主機地址ID01232324 31C類IP地址1110廣播地址ID01234 31D類IP地址11110保留用于將來和試驗使用012345 31E類IP地址IP地址說明A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。B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。C類地址是最常見的Internet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。D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。E類地址為時延保留，其識別頭是11110。傳輸控制協(xié)議（TCP）TCP（傳輸控制協(xié)議TransmissionControlProtocol）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。TCP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。TCP是面向字節(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UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UserDatagramProtocol）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。UDP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?，例如網(wǎng)絡視頻點播和視頻會議等。UDP頭信息TCP/IP協(xié)議分組服務控制數(shù)據(jù)的協(xié)議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。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。數(shù)據(jù)路由協(xié)議路由協(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)。ICMP（網(wǎng)絡控制信息協(xié)議InternetControlMessageProtocol）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。RIP（路由信息協(xié)議RoutingInformationProtocol）它是幾個決定信息傳輸?shù)淖罴崖酚陕肪€協(xié)議中的一個。OSPF（OpenShortestPathFirst）一個用來決定路由的協(xié)議。ARP（地址解析協(xié)議AddressResolutionProtocol）確定網(wǎng)絡上一臺電腦的數(shù)字地址。DNS（域名系統(tǒng)DomainNameSystem）從機器的名字確定一個機器的數(shù)字地址。RARP（反向地址解析協(xié)議ReverseAddressResolutionProtocol）確定網(wǎng)絡上一臺計算機的地址，和ARP正好相反。用戶服務BOOTP（啟動協(xié)議BootProtocol）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。FTP（文件傳輸協(xié)議FileTransferProtocol）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。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。EGP（外部網(wǎng)關協(xié)議ExteriorGatewayProtocol）為外部網(wǎng)絡傳輸路由信息。GGP（網(wǎng)關到網(wǎng)關協(xié)議Gateway-to-GatewayProtocol）在網(wǎng)關和網(wǎng)關之間傳輸路由協(xié)議。IGP（內部網(wǎng)關協(xié)議InteriorGatewayProtocol）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)NFS（網(wǎng)絡文件系統(tǒng)NetworkFileSystem）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。NIS（網(wǎng)絡信息服務NetworkInformationService）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。RPC（遠程過程調用RemoteProcedureCall）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。SMTP（簡單郵件傳輸協(xié)議SimpleMailTransferProtocol）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。SNMP（簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議SimpleNetworkManagementProtocol）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。端口是一個16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：小端字節(jié)序，即LittleEndian（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系列產品。大端字節(jié)序，即BigEndian（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）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。Socket的功能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。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.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。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。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))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。從使用的角度來講，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）。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。總之，套接字是網(wǎng)絡通信的基石。常用的socket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。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。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(1)．structsockaddr這個結構用來存儲套接字地址。數(shù)據(jù)定義：structsockaddr{unsignedshortsa_family;/*address族,AF_xxx*/charsa_data[14];/*14bytes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))(2).structsockaddr_in為了處理structsockaddr，程序員建立了另外一個相似的結構structsockaddr_in：structsockaddr_in(“in”

代表“Internet”)structsockaddr_in{shortintsin_family;/*Internet地址族*/unsignedshortintsin_port;/*端口號*/structin_addrsin_addr;/*Internet地址*/unsignedcharsin_zero[8];/*添0（和structsockaddr一樣大?。?/};這個結構提供了方便的手段來訪問socketaddress（structsockaddr）結構中的每一個元素。三種表示套接字地址的結構(續(xù))(3)．structin_addr專門用來存儲IP地址，其定義如下：/*因特網(wǎng)地址(astructureforhistoricalreasons)*/structin_addr{unsignedlongs_addr;};如果你聲明了一個“

ina”

作為一個structsockaddr_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structin_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))(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：structsockaddr_inmyad;memset(&myad,0,sizeof(structsockaddr_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，稱為網(wǎng)絡字節(jié)順序。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.為了統(tǒng)一起來,在Linux下面,有專門的字節(jié)轉換函數(shù).unsignedlonginthtonl(unsignedlonginthostlong)

unsignedshortinthtons(unisgnedshortinthostshort)

unsignedlongintntohl(unsignedlongintnetlong)

unsignedshortintntohs(unsignedshortintnetshort)在這四個轉換函數(shù)中,h代表host,n代表network.s代表shortl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(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<arpa/inet.h> intinet_aton(constchar*strptr,structin_addr*addrptr);(2)inet_addr功能同上，返回地址。int_addr_tinet_addr(constchar*strptr);(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(stuctin_addrinaddr);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?

struct

hostent

*gethostbyname(const

char

*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

struct

hostent

*gethostbyaddr(const

char

*addr,int

len,int

type)可以將一個32位的IP地址(C0A80001)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[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)1socket#include<sys/socket.h>intsocket(intdomain,inttype,intprotocol)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.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

mansocket時發(fā)現(xiàn)

domain可選項是

PF_*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))2bindintbind(intsockfd,structsockaddr*my_addr,intaddrlen)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。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intlistenfd；structsockaddr_inserver_addr;listenfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));server_addr.sin_family=AF_INET;server_addr.sin_port=htons(80);inet_pton(AF_INET,“44”,&server_addr.sin_addr)；bind(listenfd,&server_addr,sizeof(structsockaddr_in))初等網(wǎng)絡函數(shù)(續(xù))3listenintlisten(intsockfd,intbacklog)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。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))4acceptintaccept(intsockfd,structsockaddr*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。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，

accept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))5connectintconnect(intsockfd,structsockaddr*serv_addr,intaddrlen)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。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)一旦我們建立了連接,我們的下一步就是進行通信了.在Linux下面把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。1寫函數(shù)writessize_twrite(intfd,constvoid*buf,size_tnbytes)

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(對方已經關閉了連接).寫實例intmy_write(intfd,void*buffer,intlength)

{intbytes_left;

intwritten_bytes;

char*ptr;

ptr=buffer;

bytes_left=length;

while(bytes_left>0){/*開始寫*/

written_bytes=write(fd,ptr,bytes_left);

if(written_bytes<=0){/*出錯了*/

if(errno==EINTR)/*中斷錯誤我們繼續(xù)寫*/

written_bytes=0;

else/*其他錯誤沒有辦法,只好撤退了*/

return(-1);

}

bytes_left-=written_bytes;

ptr+=written_bytes;/*從剩下的地方繼續(xù)寫*/

}

return(0);

}完整的讀寫函數(shù)(續(xù))2讀函數(shù)readssize_tread(intfd,void*buf,size_tnbyte)read函數(shù)是負責從fd中讀取內容.當讀成功時,read返回實際所讀的字節(jié)數(shù),如果返回的值是0表示已經讀到文件的結束了,小于0表示出現(xiàn)了錯誤.讀實例如果錯誤為EINTR說明讀是由中斷引起的,如果是ECONNREST表示網(wǎng)絡連接出了問題.和上面一樣,我們也寫一個自己的讀函數(shù).intmy_read(intfd,void*buffer,intlength)

{

intbytes_left;

intbytes_read;

char*ptr;

bytes_left=length;

while(bytes_left>0)

{

bytes_read=read(fd,ptr,bytes_read);

if(bytes_read<0)

{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))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*/

structmy_structmy_struct_client;

write(fd,(void*)&my_struct_client,sizeof(structmy_struct);/*服務端的讀*/

charbuffer[sizeof(structmy_struct)];

struct*my_struct_server;

read(fd,(void*)buffer,sizeof(structmy_struct));

my_struct_server=(structmy_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)。面向連接的傳輸層套接字舉例服務器端程序/*******服務器程序(server.c)********/

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

#include<errno.h>

#include<string.h>

#include<netdb.h>

#include<sys/types.h>

#include<netinet/in.h>

#include<sys/socket.h>

intmain(intargc,char*argv[])

{intsockfd,new_fd;

structsockaddr_inserver_addr;

structsockaddr_inclient_addr;

intsin_size,portnumber;

charhello[]="Hello!AreYouFine?\n";

if(argc!=2){

fprintf(stderr,"Usage:%sportnumber\a\n",argv[0]);

exit(1);

}

if((portnumber=atoi(argv[1]))<0){

fprintf(stderr,"Usage:%sportnumber\a\n",argv[0]);

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,"Socketerror:%s\n\a",strerror(errno));

exit(1);

}/*服務器端填充sockaddr結構*/

bzero(&server_addr,sizeof(structsockaddr_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,(structsockaddr*)(&server_addr),sizeof(structsockaddr))==-1){fprintf(stderr,"Binderror:%s\n\a",strerror(errno));

exit(1);

}/*監(jiān)聽sockfd描述符*/

if(listen(sockfd,5)==-1)

{fprintf(stderr,"Listenerror:%s\n\a",strerror(errno));

exit(1);

}while(1){/*服務器阻塞,直到客戶程序建立連接*/

sin_size=sizeof(structsockaddr_in);

if((new_fd=accept(sockfd,(structsockaddr*)(&client_addr),&sin_size))==-1){

fprintf(stderr,"Accepterror:%s\n\a",strerror(errno));

exit(1);

}

fprintf(stderr,“Servergetconnectionfrom%s\n”,inet_ntoa(client_addr.sin_addr));

if(write(new_fd,hello,strlen(hello))==-1){

fprintf(stderr,“WriteError:%s\n”,strerror(errno));

exit(1);

}/*這個通訊已經結束*/

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客戶端程序/*******客戶端程序client.c**********/

#include<stdlib.h>

#include<stdio.h>

#include<errno.h>

#include<string.h>

#include<netdb.h>

#include<sys/types.h>

#include<netinet/in.h>

#include<sys/socket.h>

intmain(intargc,char*argv[])

{intsockfd;

charbuffer[1024];

structsockaddr_inserver_addr;

structhostent*host;

intportnumber,nbytes;

if(argc!=3){

fprintf(stderr,"Usage:%shostnameportnumber\a\n",argv[0]);

exit(1);

}

if((host=gethostbyname(argv[1]))==NULL)

{fprintf(stderr,"Gethostnameerror\n");

exit(1);

}

if((portnumber=atoi(argv[2]))<0)

{fprintf(stderr,"Usage:%shostnameportnumber\a\n",argv[0]);

exit(1);

}/*客戶程序開始建立sockfd描述符*/

if((sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0))==-1){

fprintf(stderr,"SocketError:%s\a\n",strerror(errno));

exit(1);}/*客戶程序填充服務端的資料*/

bzero(&server_addr,sizeof(server_addr));

server_addr.sin_family=AF_INET;

server_addr.sin_port=htons(portnumber);

server_addr.sin_addr=*((structin_addr*)host->h_addr);/*客戶程序發(fā)起連接請求*/

if(connect(sockfd,(structsockaddr*)(&server_addr),sizeof(structsockaddr))==-1)

{fprintf(stderr,"ConnectError:%s\a\n",strerror(errno));

exit(1);}/*連接成功了*/

if((nbytes=read(sockfd,buffer,1024))==-1){

fprintf(stderr,"ReadError:%s\n",strerror(errno));

exit(1);

}

buffer[nbytes]='\0';

printf("Ihavereceived:%s\n",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?？蛻?服務器模式UDP通信機制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recvfrom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。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UDP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UDP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。UDP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。UDP不適合海量數(shù)據(jù)的傳輸。無連接的傳輸層套接字

兩個常用的函數(shù)

#include<sys/socket.h>intrecvfrom(intsockfd,void*buf,intlen,unsignedintflags,structsockaddr*fromint*fromlen)intsendto(intsockfd,constvoid*msg,intlen,unsignedintflags,structsockaddr*tointtolen)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.out004321685678同時在test2上輸入：a.out685678004321然后雙方都可以發(fā)送信息給對方了/*firststepinudpprogramming*/#include<sys/types.h>#include<sys/socket.h>#include<arpa/inet.h>#include<stdio.h>#defineBUFLEN255intmain(intargc,char**argv){ structsockaddr_inpeeraddr,localaddr; intsockfd; charrecmsg[BUFLEN+1]; intsocklen,n; if(argc!=5){ printf("%s<destIPaddress><destport><sourceIPaddress><sourceport>\n",argv[0]); exit(0); }sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0); if(sockfd<0){ fprintf(stderr,"socketcreatingerrorinudptalk.c!\n"); exit(1); } socklen=sizeof(structsockaddr_in); memset(&peeraddr,0,socklen); peeraddr.sin_family=AF_INET; peeraddr.sin_port=htons(atoi(argv[2])); if(inet_pton(AF_INET,argv[1],&peeraddr.sin_addr)<=0){ printf("WrongdestIPaddress!\n"); exit(0); }

memset(&localaddr,0,socklen); localaddr.sin_family=AF_INET; localaddr.sin_port=htons(atoi(argv[4]));

if(inet_pton(AF_INET,argv[3],&localaddr.sin_addr)<=0){ printf("WrongsourceIPaddress!\n"); exit(0); }

if(bind(sockfd,&localaddr,socklen)<0){ fprintf(stderr,"bindlocaladdresserrorinudptalk.c!\n"); exit(2); } if(fgets(recmsg,BUFLEN,stdin)==NULL)exit(0);

if(sendto(sockfd,recmsg,strlen(recmsg),0,&peeraddr,socklen)<0){ fprintf(stderr,"sendtoerrorinudptalk.c!\n"); perror(""); exit(3);

}for(;;){ n=recvfrom(sockfd,recmsg,BUFLEN,0,&peeraddr,&socklen); if(n<0){ fprintf(stderr,"recvfromerrorinudptalk.c\n"); perror(""); exit(4); } else{ recmsg[n]=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,"sendtoerrorinudptalk.c!\n"); perror(""); exit(3); }}}對第一個UDP例程的思考思考：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：#include<sys/time.h>Structtimevalrecto;Inttolen=sizeof(structtimeval);…/*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(“receivetimeoutsettedis%ldsecond%ldmillisecond\n”,rcvto.tv_sec,rcvto.tv_usec);如果顯示Receivetimeoutsettedis3second0millisecond,那么就設置成功了；如果結果是Receivetimeoutsettedis0second0millisecond,就意味著超時時間為無窮大。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)1、recv和sendrecv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)來控制讀寫操作。intrecv(intsockfd,void*buf,intlen,intflags)intsend(intsockfd,void*buf,intlen,intflags)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不查找路由表MSG_OOB接受或者發(fā)送帶外數(shù)據(jù)MSG_PEEK查看數(shù)據(jù),并不從系統(tǒng)緩沖區(qū)移走數(shù)據(jù)MSG_WAITALL等待所有數(shù)據(jù)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。

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。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。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)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)。如果flags為0，則和read，write一樣的操作。高級套接字函數(shù)(續(xù))recvmsg和sendmsgrecvmsg和sendmsg可以實現(xiàn)前面所有的讀寫函數(shù)的功能。

intrecvmsg(intsockfd,structmsghdr*msg,intflags)

intsendmsg(intsockfd,structmsghdr*msg,intflags)structmsghdr{

void*msg_name;

intmsg_namelen;

structiovec*msg_iov;

intmsg_iovlen;

void*msg_control;

intmsg_controllen;

intmsg_flags;

}structiovec{

void*iov_base;/*緩沖區(qū)開始的地址*/

size_tiov_len;/*緩沖區(qū)的長度*/

}msg_name和msg_namelen當套接字是非面向連接時(UDP),它們存儲接收和發(fā)送方的地址信息。msg_name實際上是一個指向structsockaddr的指針，msg_name是結構的長度。當套接字是面向連接時,這兩個值應設為NULLmsg_iov和msg_iovlen指出接受和發(fā)送的緩沖區(qū)內容。msg_iov是一個結構指針，msg_iovlen指出這個結構數(shù)組的大小。msg_control和msg_controllen這兩個變量是用來接收和發(fā)送控制數(shù)據(jù)時的msg_flags指定接受和發(fā)送的操作選項。（和recv,send的選項一樣）高級套接字函數(shù)(續(xù))套接字的關閉關閉套接字有兩個函數(shù)：

close

shutdown用close時和我們關閉文件一樣。shutdownintshutdown(intsockfd,inthowto)TCP連接是雙向的(是可讀寫的)，當我們使用close時,會把讀寫通道都關閉，有時侯我們希望只關閉一個方向，這個時候我們可以使用shutdown。針對不同的howto，系統(tǒng)回采取不同的關閉方式。shutdownintshutdown(intsockfd,inthowto)TCP連接是雙向的(是可讀寫的)，當我們使用close時,會把讀寫通道都關閉，有時侯我們希望只關閉一個方向，這個時候我們可以使用shutdown。針對不同的howto，系統(tǒng)回采取不同的關閉方式。系統(tǒng)為我們提供了獲取和修改套接字結構中一些屬性的函數(shù)，通過修改這些屬性，我們可以調整套接字的性能，進而調整某些應用程序的性能。套接字選項1getsockopt和setsockoptintgetsockopt(intsockfd,intlevel,intoptname,void*optval,socklen_t*optlen)

intsetsockopt(intsockfd,intlevel,intoptname,constvoid*optval,socklen_t*optlen)

level指定控制套接字的層次.可以取三種值:

1)SOL_SOCKET:通用套接字選項.

2)IPPROTO_IP:IP選項.

3)IPPROTO_TCP:TCP選項.optname指定控制的方式(選項的名稱)。optval獲得或者是設置套接字選項.根據(jù)選項名稱的數(shù)據(jù)類型進行轉換。選項名稱說明數(shù)據(jù)類型=======================================================

SOL_SOCKET

----------------------------------------------------------------------------------------------

SO_BROADCAST允許發(fā)送廣播數(shù)據(jù)int

SO_DEBUG允許調試int

SO_DONTROUTE不查找路由int

SO_ERROR獲得套接字錯誤int

SO_KEEPALIVE保持連接int

SO_LINGER延遲關閉連接structlinger

SO_OOBINLINE帶外數(shù)據(jù)放入正常數(shù)據(jù)流int

SO_RCVBUF接收緩沖區(qū)大小int

SO_SNDBUF發(fā)送緩沖區(qū)大小int

SO_RCVLOWAT接收緩沖區(qū)下限int

SO_SNDLOWAT發(fā)送緩沖區(qū)下限int

SO_RCVTIMEO接收超時structtimeval

SO_SNDTIMEO發(fā)送超時structtimeval

SO_REUSERADDR允許重用本地地址和端口int

SO_TYPE獲得套接字類型int

SO_BSDCOMPAT與BSD系統(tǒng)兼容int

==========================================================================================================IPPROTO_IP--------------------------------------------------------------------------IP_HDRINCL在數(shù)據(jù)包中包含IP首部intIP_OPTINOSIP首部選項intIP_TOS服務類型

IP_TTL生存時間int===================================================IPPRO_TCP--------------------------------------------------------------------------TCP_MAXSEGTCP最大數(shù)據(jù)段的大小intTCP_NODELAY不使用Nagle算法int===================================================套接字選項(續(xù))2ioctlioctl可以控制所有的文件描述符的情況,這里介紹一下控制套接字的選項.定義格式：＃include<unistd.h>intioctl(intfd,longcmd,unsignedlong*argp);參數(shù)：fd是需要操作的套接字描述符；cmd是屬性類別；argp是屬性的參數(shù)。詳細的選項請用manioctl_list查看.===========================================iiioctl的控制選項--------------------------------------------------------------------------SIOCATMARK是否到達帶外標記intFIOASYNC異步輸入/輸出標志intFIONREAD緩沖區(qū)可讀的字節(jié)數(shù)int===========================================套接字選項(續(xù))3、fcntl定義格式：＃include<fcntl.h>Intfcntl(intfd,intcmd,longarg);參數(shù)：fd是需要操作的套接字描述符；cmd是屬性類別，cmd可以是如下值：F_SETFL：arg為O_NONBLOCK時進入非阻塞模式，為0是進入阻塞模式；F_GETFL：獲得屬性；F_SETOWN：用來設置套接字屬主，用來接收數(shù)據(jù)SIGIO和SIGURG；F_GETOWN：用來獲得上面設置的套接字屬主信息。系統(tǒng)IO與服務器模型

在Linux/UNIX下，有主要有4種I/O模型：阻塞I/O：最常用、最簡單、效率最低非