CH8 Socket編程.ppt

1、,網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù),設(shè)計、制作：譚獻海 Email：,socket（套接字）,Socket API ARPA UC Berkeley BSD unix /Berkeley unix De facto standard Example Server Client,一個本地主機建立或擁有的應(yīng)用程序, 操作系統(tǒng)控制下的,與其它(遠程)應(yīng)用進程之間發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的接口,通信協(xié)議應(yīng)用程序接口（APIs）-依賴于操作系統(tǒng)和編程語言 UNIX： Berkeley Sockets (C語言) System V Transport Layer Interface (TLI) （C語言） WINDOWS：WINSOC

2、K,客戶端,socket 是進行程序間通訊(IPC)的 BSD 方法。 客戶將插頭插入一個服務(wù)器端口 建立一個雙向的連接管道,服務(wù)器,插口(port),socket的抽象表示,一些Socket編程的概念,流（Stream） 連接（Connection） 阻塞(Block)、非阻塞(Non-block) 同步(Synchronous)、異步(asynchronous) IP地址 (IP Address) 字節(jié)順序（Bytes Order） 帶外數(shù)據(jù)（Outband Data）,需要用到的頭文件,數(shù)據(jù)類型：#include 函數(shù)定義：#include ,Berkeley Socket 常用函數(shù)列表

3、,網(wǎng)絡(luò)連接函數(shù) 獲取/設(shè)置socket的參數(shù)或信息 轉(zhuǎn)換函數(shù),網(wǎng)絡(luò)連接函數(shù),socket bind connect listen accept select recv, recvfrom send, sendto close, shutdown,獲取/設(shè)置socket的參數(shù)或信息,gethostbyaddr, gethostbyname gethostname getpeername getprotobyname, getprotobynumber getservbyname, getservbyport getsockname getsockopt, setsockopt ioctl,轉(zhuǎn)換函

4、數(shù),IP地址轉(zhuǎn)換 inet_addr() inet_ntoa() 字節(jié)順序轉(zhuǎn)換 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地址的數(shù)據(jù)部分根據(jù)不同的地址類型來解釋，常見的地址類型是internet、XNS和UNIX。 對于使用最多的INTERNET簇，其網(wǎng)絡(luò)地址主要包括兩大部分：端口號、IP地址，它的地址結(jié)構(gòu)在中定義,數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：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 */ ; 該結(jié)構(gòu)與sockaddr兼容，供用戶填入?yún)?shù),

7、程序中實際只填寫sockaddr_in結(jié)構(gòu),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填本機IP地址，如果此項填I(lǐng)NADDR_ANY時，表示自動取本機IP填入該項(僅用于Server),創(chuàng)建一個socket Socket描述符與Linux中的文件描述符類似，也是一個int型的變

8、量 函數(shù)調(diào)用： int socket(int family, int type, int protocol); 函數(shù)返回Socket描述符，返回-1表示出錯 family參數(shù)一般取AF_INET, protocol參數(shù)一般取0 應(yīng)用示例： TCP：sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); UDP：sockfd =socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);,socket()調(diào)用,“協(xié)議” 與“family” 及“type”域的可能組合,在服務(wù)器上運行,給socket指定一個眾所周知的 (well-known) 端口地址 int bind (

9、int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen),bind() 調(diào)用,如果調(diào)用成功，則返回值為0，如果調(diào)用失敗返回值為-1，并設(shè)定相應(yīng)的錯誤代碼errno。最常見的錯誤是該端口已經(jīng)被其他程序綁定。 需要注意的一點：在Linux系統(tǒng)中，1024以下的端口（即眾所周知的端口）只有擁有root權(quán)限的程序才能綁定,bind() 調(diào)用,Bind()系統(tǒng)調(diào)用主要用處： A)服務(wù)員向系統(tǒng)注冊它的眾所周知的地址，它告訴系統(tǒng)：“這是我的地址(服務(wù))，所有以這個地址接收的報文都交給我,由我來服務(wù)?！泵嫦蜻B接和無連接的服務(wù)員在接受顧客的請求之

10、前都必須做這一步。 B)顧客可為它自己注冊一個特定的地址,以便通信的對方（服務(wù)員）可以用這個有效的地址送回響應(yīng)，這就像在信封上要寫明回信地址的道理一樣。,開始監(jiān)聽已經(jīng)綁定的端口 需要在此前調(diào)用bind()函數(shù)，否則由系統(tǒng)指定一個隨機的端口 int listen(int sockfd, int queue_length); 接收隊列 一個新的Client的連接請求先被放在接收隊列中，等待Server程序調(diào)用accept函數(shù)接受該連接請求 queue_length用于指定接收隊列的長度，也就是在Server程序調(diào)用accept函數(shù)之前最大允許進入的連接請求數(shù)，多余的連接請求將被拒絕，典型取值為5,

11、listen() 調(diào)用,操作系統(tǒng),Web 服務(wù)器,服務(wù)器初始化,建立與服務(wù)器的連接 int connect (int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen) servaddr是事先填寫好的結(jié)構(gòu)，用于指定所要連接的服務(wù)器的地址（Server的IP地址和端口號）。,connect() 調(diào)用,OS,1. socket(),Web 服務(wù)器,2. bind(80),3. listen(),80,Listen queue,客戶,connect(),Request from (IP, port),建立與服務(wù)器的連接,操作系統(tǒng),W

12、eb 服務(wù)器,80,Listen 隊列,客戶1,客戶3,客戶2,客戶請求在listen隊列中獲取先進先出服務(wù)(排隊),服務(wù)器忙,accept(),accept()函數(shù)用于響應(yīng)客戶的連接請求，建立與客戶端的連接 產(chǎn)生一個新的socket描述符來描述該連接 這個連接用來與發(fā)起該連接請求的Client交換信息 int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen); addr將在函數(shù)調(diào)用后被填入連接對方（客戶端）的地址信息，如對方的IP、端口等。 accept缺省是阻塞函數(shù)，如果隊列中沒有連接請求等待，那么就會使調(diào)用方阻塞，直到有一個連接請求

13、到達。,操作系統(tǒng),Web 服務(wù)器,80,Listen 隊列,客戶 1,客戶3,客戶2,客戶請求在listen隊列中奪取先進先出服務(wù),accept(),已連接的 socket,accept() 調(diào)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( ,服務(wù)器都可工作在兩種不同的方式： 循環(huán)方式(iterative mode)在計算機中一次只運行一個服務(wù)器進程。當(dāng)有多個客戶進程請求服務(wù)時，服務(wù)器進程就按請求的先后順序依次做出響應(yīng)。 并發(fā)方式(concurrent)在計算機中同時運行多個服務(wù)器進程，每一個服務(wù)器進程對某個特定的客戶進程做出響

16、應(yīng)。,服務(wù)器的兩種工作方式,循環(huán)型服務(wù)員代碼,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(“l(fā)isten error”); for ( ; ; ) newsockfd=accept(sockfd,);/* blocks */ if (newsockfd0) err_sys(“accept error”); doit(newsockfd);/* proces

17、s the request */ close(newsockfd); ,并發(fā)型服務(wù)員代碼,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(“l(fā)isten 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 */ ,發(fā)送和接收,在完成了上述的初始化工作后，就可以開始傳輸數(shù)據(jù)了。 面向連接的發(fā)送和接收 : send() and recv() 無連接協(xié)議的發(fā)送和接收：sendto()和recvfrom(),recv,用于TCP協(xié)議中接收信息 int recv(int sockfd, void *buf, int len, int flags); Buf：指向容納接收信息的緩沖

19、區(qū)的指針 Len：接收緩沖區(qū)的大小 Flags：接收標志（其含義將在后面介紹） 函數(shù)返回實際接收到的字節(jié)數(shù)，返回-1表示出錯 recv缺省是阻塞函數(shù)，直到接收到信息或出錯才返回,send,用于TCP協(xié)議中發(fā)送信息 int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); Msg：指向待發(fā)送信息的指針 Len：待發(fā)送的字節(jié)數(shù) Flags：發(fā)送標志（其含義將在后面介紹） 函數(shù)返回已發(fā)送的字節(jié)數(shù)，返回-1表示出錯 send缺省是阻塞函數(shù)，直到發(fā)送完畢或出錯 注意：如果函數(shù)返回值與參數(shù)len不相等，則剩余的未發(fā)送信息需要再次發(fā)送,recvfr

20、om,用于UDP協(xié)議中接收信息 int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags struct sockaddr *from, int *fromlen); Buf：指向容納接收信息的緩沖區(qū)的指針 Len：緩沖區(qū)的大小 Flags：接收標志（其含義將在后面介紹） From：指明接收數(shù)據(jù)的來源 Fromlen：地址長度 函數(shù)返回實際接收的字節(jié)數(shù)，返回-1表示出錯 recvfrom是阻塞函數(shù)，直到接收到信息或出錯,sendto,用于UDP協(xié)議中發(fā)送信息 int sendto(int sockfd, const void *ms

21、g, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *to, int tolen); Buf：指向容納發(fā)送報文的緩沖區(qū)的指針 Len：緩沖區(qū)的大小 Flags：發(fā)送標志 To：指明發(fā)送數(shù)據(jù)的目的地 tolen ：地址長度 函數(shù)返回已發(fā)送的字節(jié)數(shù)，返回-1表示出錯 sendto缺省是阻塞函數(shù)，直到發(fā)送完畢或出錯 注意：如果函數(shù)返回值與參數(shù)len不相等，則剩余的未發(fā)送信息需要再次發(fā)送,send, sendto, recv, recvfrom函數(shù)調(diào)用的參數(shù)：flags,Flags一般情況下設(shè)置為0。但可以選擇下列設(shè)置 MSG_DONTROUTE

22、 對send, sendto有效 表示不使用路由（一般不使用） MSG_PEEK 對recv, recvfrom有效 表示讀出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)后不清除已讀的數(shù)據(jù) MSG_OOB 對發(fā)送接收都有效 表示讀/寫帶外數(shù)據(jù)(out-of-band data),close,關(guān)閉特定的socket連接 調(diào)用函數(shù)：int close(int sockfd); 關(guān)閉連接將中斷對該socket的讀寫操作。 關(guān)閉用于listen()函數(shù)的socket將禁止其他Client的連接請求,shutdown,Shutdown()函數(shù)可以單方面的中斷連接，即禁止某個方向的信息傳遞。 函數(shù)調(diào)用 int shutdown(int so

23、ckfd, int how); 參數(shù)how： 0 - 禁止接收信息 1 - 禁止發(fā)送信息 2 - 接收和發(fā)送都被禁止，與close()函數(shù)效果相同 返回0表示調(diào)用成功，返回-1表示出錯,select,應(yīng)用于多路同步I/O模式，實現(xiàn)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是要多路選擇的socket的最大值 其中readfds, writefds, exceptfds都是socket事件集合，分別代表有

24、數(shù)據(jù)可讀、有數(shù)據(jù)要寫、發(fā)生異常的socket集合。 timeout是select的時間限制 返回值：在socket集合中準備好的socket個數(shù),socket集合,集合變量類型：fd_set 集合變量運算宏： FD_ZERO(*set)清空socket集合 FD_SET(s, *set)將s加入socket集合 FD_CLR(s, *set)從socket集合去掉s FD_ISSET(s, *set)判斷s是否在socket集合中 常數(shù)FD_SETSIZE：集合元素的最多個數(shù),Select應(yīng)用舉例,fd_set rset;/* 可讀的socket集合 */ FD_ZERO( /* maxfd是

25、已知的最大的socket */ /* 只考慮數(shù)據(jù)可讀事件 */ if (FD_ISSET(sockfd, - 其中，參數(shù)peer是一個指向struct sockaddr或者struct sockaddr_in的指針。 如果執(zhí)行成功，我們就得到了對方的地址和端口號，然后用inet_ntoa()和gethostbyaddr()來得到對方更多的信息。,其他基本的系統(tǒng)調(diào)用,getsockname 該系統(tǒng)調(diào)用返回和一個管套相聯(lián)系的本地名字 - #include #include int getsockname(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen

26、); - addr用來存放返回的本地地址；addrlen存放的是返回的地址的長度。,其他基本的系統(tǒng)調(diào)用,系統(tǒng)調(diào)用 gethostname() - - #include int gethostname(char *hostname, size_t size); - - hostname是一個存放主機名字（域名）的字符數(shù)組 返回的hostname可以作為gethostbyname()的參數(shù)，調(diào)用該系統(tǒng)調(diào)用，這樣又可以得到自己的IP地址了。,其他基本的系統(tǒng)調(diào)用,字節(jié)排序 在字節(jié)順序不一致時可以用下列的4中函數(shù)來進行轉(zhuǎn)換。 #include #include u_long htonl(u_long h

27、ostlong);/* 主機網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換，長整數(shù) */ u_short htons(u_long hostlong);/* 主機網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換，短整數(shù) */ u_long ntohl(u_long hostlong);/* 網(wǎng)絡(luò)主機轉(zhuǎn)換，長整數(shù) */ u_chort ntohs(u_long hostlong);/* 網(wǎng)絡(luò)主機轉(zhuǎn)換，短整數(shù) */ 這些函數(shù)是為internet協(xié)議集而設(shè)計的，XNS協(xié)議集采用的字節(jié)順序與internet相同，故可以借用。值得注意的是，這里的長整數(shù)為32位，短整數(shù)為16位。,其他基本的系統(tǒng)調(diào)用,字節(jié)操作 Bcopy(char *src,char *dest,int nbyte

28、s); 字符串拷貝 Bzero(char *dest,int nbytes); 把指定數(shù)量的空字節(jié)寫入指定的目的地址。 Int bcmp(char *ptr1,char *ptr2,int nbytes); 對任意兩個字符串進行比較。 返回值（與標準I/O函數(shù)strcmp的返回值不同）： 0-相同 非零-不相同。,其他基本的系統(tǒng)調(diào)用,IP地址格式轉(zhuǎn)換 下列兩個函數(shù)用于在Internet的用小數(shù)點分隔的十進制IP地址與32比特IP地址之間進行轉(zhuǎn)換。 #include #include #include unsigned long inet_addr (const char *cp); inet_addr將一個點分十進制IP地址字符串轉(zhuǎn)換成32位數(shù)字表示的IP地址 char* inet_ntoa (struct in_addr in); inet_ntoa將一個32位數(shù)字表示的IP地址轉(zhuǎn)換成點分十進制IP地址字符串,其他基本的系統(tǒng)調(diào)