第二章套接口概念

第二章套接口概念第一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.1套接口簡介（1）網(wǎng)間進(jìn)程通信：單機(jī)環(huán)境：不同進(jìn)程用進(jìn)程號（PID）唯一標(biāo)識網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：與協(xié)議、地址、端口有關(guān)端口：進(jìn)程通過系統(tǒng)調(diào)用與某端口建立連接后，傳輸層通過端口與進(jìn)程通信。端口操作類似一般的I/O操作，可以用讀寫原語訪問，端口號類似于文件描述符。不同協(xié)議（如TCP和UDP）可以有相同的端口號，不沖突。地址：網(wǎng)絡(luò)地址、主機(jī)地址、進(jìn)程標(biāo)識（端口號），一個(gè)完整的網(wǎng)間進(jìn)程通信需要三元組(協(xié)議,本機(jī)地址,本機(jī)端口號)或五元組標(biāo)識(協(xié)議,本機(jī)地址,本機(jī)端口號,遠(yuǎn)程主機(jī),遠(yuǎn)程端口號)網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序：不同計(jì)算機(jī)存放多字節(jié)值順序不同，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中需指定網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序。第二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.1套接口簡介（2）Client/Server模式：

網(wǎng)間進(jìn)程通信的主要模式是客戶機(jī)/服務(wù)器模式?？蛻舫绦蛳蚍?wù)程序發(fā)請求，服務(wù)程序接收來自客戶程序的請求并處理，處理后把結(jié)果回送給客戶，服務(wù)進(jìn)程一般是先于客戶請求啟動的。這兩個(gè)進(jìn)程往往通過網(wǎng)絡(luò)連接在不同機(jī)器上，進(jìn)程間的通信使用網(wǎng)絡(luò)編程。Socket：

應(yīng)用程序調(diào)用編程接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程。Socket（套接字）可以在傳輸層、網(wǎng)際層和數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行編程。第三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.1套接口簡介（3）Socket的使用插座的使用

初始化Socket為Socket建立連接應(yīng)用程序使用Socket比特流通過Socket流出安裝一個(gè)插座給插座通電電器使用插座電流從插座流出Socket與插座的類比第四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.1套接口簡介（4）Socket類型InternetSocket（Internet地址）UNIXSocket（本地節(jié)點(diǎn)路徑名）X.25Socket（X.25地址）只講InternetSocket，常用類型有：流套接字SOCK_STREAM：基于TCP協(xié)議。數(shù)據(jù)報(bào)套接字SOCK_DGRAM：基于UDP協(xié)議。原始套接字SOCK_RAM：允許對較低層次協(xié)議（如IP、ICMP）直接訪問。本地套接字：通過socket技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)上進(jìn)程間通信，在單一主機(jī)上進(jìn)程間的通信(IPC)也可用socket技術(shù)實(shí)現(xiàn)，用于移植遠(yuǎn)程客戶/服務(wù)器程序到單一主機(jī)上。

第五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.1套接口簡介（5）使用Socket使用文件描述符

文件描述符是一個(gè)和打開的文件相關(guān)聯(lián)的整數(shù)，這個(gè)文件可以是真正的文件、網(wǎng)絡(luò)連接、管道、終端等。Socket使用UNIX文件描述符和其他進(jìn)程通信系統(tǒng)調(diào)用。需要一套專用的函數(shù)來操作socket()創(chuàng)建套接口，返回一個(gè)文件描述符connect()、accept()等連接send()、recv()、read()、write()等讀寫close()等關(guān)閉套接口第六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.2域和地址族（1）域網(wǎng)絡(luò)通信需要套接口地址標(biāo)識自己創(chuàng)建套接口時(shí)使用intsocket(intdomain,inttype,intprotocol);AF_INET域使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(地址族)通用套接口地址（只是模型）sockaddrInternet(IPv4)套接口地址(AF_INET域)sockaddr_in取AF_INET第七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.2域和地址簇（2）Socket用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(P23)#include<sys/socket.h>（1）存儲地址和端口信息的sockaddrstructsockaddr{

unsignedshortsa_family;

/*Internet地址簇，AF_INET*/charsa_data[14];/*目標(biāo)地址和端口信息*/};sa_family通用套接字地址結(jié)構(gòu)圖sin_family=AF_INETsin_portsin_addrsin_zero[8]IPv4套接字地址結(jié)構(gòu)圖sa_data[14]第八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.2域和地址簇（2）（2）INET協(xié)議簇地址結(jié)構(gòu)sockaddr_in,便于訪問structsockaddr_in{unsignedshortsin_family;/*取AF_INET*/unsignedshortsin_port;/*端口號，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序*/structin_addrsin_addr;/*IP地址，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序*/unsignedcharsin_zero[8];/*使用bzero()或memset()全部置0，*/};注：指向sockaddr_in的指針和指向sockaddr的指針可互換使用。（3）32位IPv4地址結(jié)構(gòu)in_addr

structin_addr{unsignedlongs_addr;};第九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.2域和地址簇（3）說明:在書中或系統(tǒng)內(nèi)部定義這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)，定義了很多宏常量或新的類型名，使用時(shí)須逐漸認(rèn)知。如：sockaddr_in、sockaddr及in_addr結(jié)構(gòu)分別定義如下：

typedefuint16_tin_port_t;typedefunsignedshortsa_family_t;structsockaddr_in{sa_family_tsin_family;in_port_tsin_port;structin_addrsin_addr;unsignedcharsin_zero[8];}structsockaddr{sa_family_tsa_family;

charsa_data[14];};第十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.2域和地址簇（4）typedefuint32_tin_addr_tstructin_addr{union{struct{uint8_ts_b1,s_b2,s_b3,s_b4;}_S_un_b;struct{uint16_ts_w1,s_w2;}_S_un_w;

in_addr_t_S_addr;}_S_un;

#defines_addr_S_un._S_addr;#defines_host_S_un._S_un_b.s_b2;#defines_net_S_un._S_un_b.s_b1;#defines_imp_S_un._S_w.s_w2;#defines_impno_S_un._S_un_b.s_b4;#defines_lh_S_un._S_un_b.s_b3;}第十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（1）字節(jié)順序的轉(zhuǎn)換（網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序）主機(jī)字節(jié)順序：數(shù)據(jù)在主機(jī)上存放的順序，與CPU類型和操作系統(tǒng)有關(guān)，如16位整數(shù)7的存放方式：網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序：數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)捻樞?，約定高位在先，故一般需要轉(zhuǎn)換。07000007InterX86系列芯片低位在先Sun公司Sparc芯片Solaris系統(tǒng)高位在先第十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（2）轉(zhuǎn)換函數(shù)：(h：主機(jī)host，n：網(wǎng)絡(luò)network)函數(shù)htons()：指HosttoNetworkShort函數(shù)htonl()：指HosttoNetworkLong函數(shù)ntohs()：指NetworktoHostShort函數(shù)ntohl()：指NetworktoHostLong[注]：structsockaddr_in中sin_port和sin_addr需轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序；而sin_family不需轉(zhuǎn)換，只被內(nèi)核調(diào)用，不發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)，可以是本機(jī)字節(jié)順序。第十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（3）初始化一個(gè)AF_INET地址structsockaddr_inadr_inet;//定義變量adr_inetintadr_len;memset(&adr_inet,0,sizeof(adr_inet));//string.h中

//將地址結(jié)構(gòu)adr_inet清0adr_inet.sin_family=AF_INET;

//確定域,從而確定地址族adr_inet.sin_port=htons(0);//自動選擇合適的端口號adr_inet.sin_addr.s_addr=htonl(INADDR_ANY);

//自動填寫所運(yùn)行機(jī)器的IP地址adr_len=sizeof(adr_inet);第十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（4）InternetIP地址網(wǎng)絡(luò)地址主機(jī)地址網(wǎng)絡(luò)掩碼例:IP地址:9網(wǎng)絡(luò)分類：C類網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)地址:主機(jī)地址:***.***.***.19網(wǎng)絡(luò)掩碼:廣播地址:55第十五頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（5）處理IP地址需包含以下頭文件：arpa/inet.h、netinet/in.h、sys/socket.h（1）點(diǎn)分十進(jìn)制格式→網(wǎng)絡(luò)地址函數(shù)inet_addr()原型:unsignedlongintinet_addr(char*src)例：structsockaddr_inina;ina.sin_addr.s_addr=inet_addr(“”);[注]：(1)

inet_addr()返回的地址已經(jīng)是按照網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序的，不必調(diào)用htonl()。(2)inet_addr()發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)返回-1，編程時(shí)需進(jìn)行錯(cuò)誤檢查，如:if((ina.sin_addr.s_addr=inet_addr(“”))<0)cout<<“AddressError!”;第十六頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（6）函數(shù)inet_aton()原型:

intinet_aton(char*src,structin_addr*dst)例：structsockaddr_inina;inet_aton(“”,&ina.sin_addr);函數(shù)inet_pton()

(不要求)原型:intinet_pton(intaf,char*src,structin_addr*dst)例：structsockaddr_inina;inet_pton(AF_INET,argv[1],&ina.sin_addr);第十七頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（7）(2)網(wǎng)絡(luò)地址→點(diǎn)分十進(jìn)制格式函數(shù)inet_ntoa()原型:char*inet_ntoa(structin_addrin)例：structsockaddr_inclient;cout<<"yougotaconnectionfrom\n"<<inet_ntoa(client.sin_addr));[注]:

inet_ntoa()的參數(shù)是structin_addr,而不是unsignedlong函數(shù)inet_ntop()

(不要求)原型:

char*inet_ntop(intaf,void*src,char*dst,size_tcnt)

第十八頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（8）例題:源程序名:addr1.cpp可執(zhí)行程序:addr1功能:用帶參數(shù)的main()函數(shù)輸入一個(gè)十進(jìn)制點(diǎn)分格式的IP地址和端口號，輸出網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序的地址和端口號，再將它們轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制點(diǎn)分格式的IP地址和本機(jī)順序端口號并輸出。編譯連接:g++addr1.cpp–oaddr1運(yùn)行程序:./addr191234執(zhí)行結(jié)果為:3206967785376491234第十九頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（9）域名服務(wù)（簡稱DNS，將域名轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)地址）函數(shù)gethostbyname()功能：實(shí)現(xiàn)域名（或點(diǎn)分十進(jìn)制）轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)地址包含文件：#include<netdb.h>原型：structhostent*gethostbyname(char*name);用到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：structhostent{char*h_name;/*主機(jī)名*/char**h_aliases;/*主機(jī)別名數(shù)組*/inth_addrtype;/*返回地址類型，常為AF_INET*/inth_length;/*地址長度，用字節(jié)數(shù)表示*/char**h_addr_list;/*主機(jī)網(wǎng)絡(luò)地址數(shù)組*/};#defineh_addrh_addr_list[0]/*網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序的IP地址*/第二十頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（10）例：structhostent*he;

structsockaddr_inserver;he=gethostbyname(“”);server.sin_addr=*((structin_addr*)he->h_addr);例題源程序名:addr2.cpp(修改addr1.cpp)可執(zhí)行程序:addr2功能:用帶參數(shù)的main()函數(shù)輸入一個(gè)域名和端口號，輸出網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序的地址和端口號，再將它們轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制點(diǎn)分格式的IP地址和本機(jī)順序端口號并輸出。運(yùn)行程序:./addr291234./addr21234說明:用到gethostbyname()函數(shù)第二十一頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四關(guān)于地址的獲取structhostent*he;structsockaddr_inserver;he=gethostbyname(“”);server.sin_addr=*((structin_addr*)he->h_addr);其中:server.sin_addr=*((structin_addr*)he->h_addr);可以寫作:server.sin_addr.s_addr=*((unsignedlong*)he->h_addr);使用命令:hostname獲得主機(jī)名more/etc/hosts查看主機(jī)名配置文件,超級用戶可以修改.第二十二頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（11）端口當(dāng)客戶要與另一主機(jī)上的服務(wù)進(jìn)程進(jìn)行通信時(shí)，除知道IP地址外，還要知道服務(wù)進(jìn)程守侯的端口號。對于服務(wù)進(jìn)程，它監(jiān)聽相應(yīng)的端口，以接收客戶進(jìn)程的請求。不同的服務(wù)對應(yīng)不同的端口號，其對應(yīng)關(guān)系在文件/etc/services中定義。一般小于1024的端口由UNIX系統(tǒng)保留，大于1024的端口由用戶進(jìn)程使用（1024~65535）。第二十三頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.3地址轉(zhuǎn)換函數(shù)（12）常見周知口（受操作系統(tǒng)保護(hù)，服務(wù)程序需root權(quán)限編程）/*networkstandardfunctions*/ /*hostspecificfunctions*/#defineIPPORT_ECHO 7 #defineIPPORT_BOOTPS 67#defineIPPORT_DISCARD9 #defineIPPORT_BOOTPC 68#defineIPPORT_SYSTAT 11 #defineIPPORT_TFTP 69#defineIPPORT_DAYTIME13 #defineIPPORT_RJE 77#defineIPPORT_NETSTAT15 #defineIPPORT_FINGER 79#defineIPPORT_FTP 21 #defineIPPORT_TTYLINK 87#defineIPPORT_TELNET 23 #defineIPPORT_SUPDUP 95#defineIPPORT_SMTP 25 /*UnixTCPsockets*/#defineIPPORT_TIMESERVER37 #defineIPPORT_EXECSERVER 512#defineIPPORT_NAMESERVER42 #defineIPPORT_LOGINSERVER 513#defineIPPORT_WHOIS 43 #defineIPPORT_CMDSERVER 514#defineIPPORT_MTP 57 #defineIPPORT_EFSSSERVER 520 /*UnixUDPsockets*/ #defineIPPORT_BIFFUDP 512 #defineIPPORT_WHOSERVER 513 #defineIPPORT_ROUTESERVER 520第二十四頁，共二十七頁，編輯于2023年，星期四2.4利用套接口通信（1）連接類型面向連接的方式，即虛電路方式。在兩個(gè)連接端點(diǎn)間建立一條虛電路，兩端點(diǎn)只有在建立連接后才能傳輸數(shù)據(jù)，且傳輸是可靠的（TCP協(xié)議），套接口類型用SOCK_STREAM。例如telnet就采用這種方式。無連接方式，即數(shù)據(jù)報(bào)方式。傳輸報(bào)文前不用建立連接。無連接協(xié)議的每個(gè)報(bào)文包含一個(gè)完整的傳送地址，這種傳輸是不可靠的（UDP協(xié)議）,