LINUX網(wǎng)絡(luò)編程.ppt

1、LINUX網(wǎng)絡(luò)編程,行業(yè)事業(yè)部 黃文舉 2010.10.26,套接口,在Linux下，所有的I/O操作都是通過(guò)讀寫(xiě)文件描述符而產(chǎn)生的，文件描述符是一個(gè)和打開(kāi)的文件相關(guān)聯(lián)的整數(shù)，而套接口就是系統(tǒng)進(jìn)程和文件描述符通信的一種方法，目前最常用的套接口：字節(jié)流套接口和數(shù)據(jù)報(bào)套接口、原始套接口。,TCP套接口,TCP套接口使用TCP建立連接，建立一個(gè)TCP連接需要三次握手，基本過(guò)程是服務(wù)器先建立一個(gè)套接口并等待客戶(hù)端的連接請(qǐng)求；當(dāng)客戶(hù)端調(diào)用 connect進(jìn)行主動(dòng)連接請(qǐng)求時(shí)，客戶(hù)端TCP發(fā)送一個(gè)SYN，告訴服務(wù)器客戶(hù)端將在連接中發(fā)送的數(shù)據(jù)的初始序列號(hào)；當(dāng)服務(wù)器收到這個(gè)SYN后也給客戶(hù)端發(fā)一個(gè)SYN，里面包

2、含了服務(wù)器將在同一連接中發(fā)送的數(shù)據(jù)的初始序列號(hào)；最后客戶(hù)在確認(rèn)服務(wù)器發(fā)的SYN。到此為止，一個(gè)TCP連接被建立。,UDP套接口,UDP套接口 UDP套接口是無(wú)連接的、不可靠的數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議；既然它不可靠為什么還要用呢？其一：當(dāng)應(yīng)用程序使用廣播或多播是只能使用UDP協(xié)議；其二：由于他是無(wú)連接的，所以速度快。因?yàn)閁DP套接口是無(wú)連接的，如果一方的數(shù)據(jù)報(bào)丟失，那另一方將無(wú)限等待，解決辦法是設(shè)置一個(gè)超時(shí)。 在編寫(xiě)UDP套接口程序時(shí)，有幾點(diǎn)要注意：建立套接口時(shí)socket函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)應(yīng)該是SOCK_DGRAM，說(shuō)明是建立一個(gè)UDP套接口；由于 UDP是無(wú)連接的，所以服務(wù)器端并不需要listen或acce

3、pt函數(shù)；當(dāng)UDP套接口調(diào)用connect函數(shù)時(shí)，內(nèi)核只記錄連接放的IP地址和端口，并立即返回給調(diào)用進(jìn)程,SOCKET的位置,應(yīng)用層程序,TCP,UDP,IP,數(shù)據(jù)鏈路層及物理層,流式套 接口,數(shù)據(jù)報(bào) 套接口,原 始 套 接 口,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及用法,socket函數(shù)：為了執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)輸入輸出，一個(gè)進(jìn)程必須做的第一件事就是調(diào)用socket函數(shù)獲得一個(gè)文件描述符。 #include #include int socket(int family,int type,int protocol); 返回：非負(fù)描述字成功-1失敗,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及用法,connect函數(shù)：當(dāng)用socket建立了套接口后，可以調(diào)用conne

4、ct為這個(gè)套接字指明遠(yuǎn)程端的地址。 #include #include int connect(int sockfd,const struct sockaddr *servaddr,socklen_t addrlen); 返回：0成功-1失敗,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及用法,bind函數(shù)：為套接口分配一個(gè)本地IP和協(xié)議端口。 #include #include int bind(int sockfd,const struct sockaddr * myaddr,socklen_t addrlen); 返回：0成功-1失敗,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及用法,listen函數(shù)：listen函數(shù)僅被TCP服務(wù)器調(diào)用，它的作用是將用s

5、ocket創(chuàng)建的主動(dòng)套接口轉(zhuǎn)換成被動(dòng)套接口，并等待來(lái)自客戶(hù)端的連接請(qǐng)求。 #include int listen(int sockfd,int backlog); 返回：0成功-1失敗,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及用法,accept函數(shù)：accept函數(shù)由TCP服務(wù)器調(diào)用， 從已完成連接隊(duì)列頭返回一個(gè)已完成連接，如果完成連接隊(duì)列為空，則進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)。 int accept(int sockfd,struct sockaddr * cliaddr,socklen_t * addrlen); 返回：非負(fù)描述字成功-1失敗,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及用法,connect函數(shù): connect函數(shù)是客戶(hù)端用來(lái)同服務(wù)端連接的.成功時(shí)

6、返回0,sockfd是同服務(wù)端通訊的文件描述符,失敗時(shí)返回-1. int connect(int sockfd, struct sockaddr * serv_addr,int addrlen) sockfd:socket返回的文件描述符. serv_addr:儲(chǔ)存了服務(wù)器端的連接信息.其中sin_add是服務(wù)端的地址 addrlen:serv_addr的長(zhǎng)度 返回：非負(fù)描述字成功-1失敗,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及用法,inet_pton函數(shù)：將點(diǎn)分十進(jìn)制串轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序二進(jìn)制值，此函數(shù)對(duì)IPv4地址和IPv6地址都能處理。 int inet_pton(int family,const char * st

7、rptr,void * addrptr); 返回：1成功 0輸入不是有效的表達(dá)格式 -1失敗,網(wǎng)絡(luò)函數(shù)及用法,inet_ntop函數(shù)：和inet_pton函數(shù)正好相反，inet_ntop函數(shù)是將網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序二進(jìn)制值轉(zhuǎn)換成點(diǎn)分十進(jìn)制串。 const char * inet_ntop(int family,const void * addrptr,char * strptr,size_t len); 返回：指向結(jié)果的指針成功 NULL失敗,網(wǎng)絡(luò)理論,數(shù)據(jù)進(jìn)入?yún)f(xié)議棧時(shí)的封裝過(guò)程,封裝,當(dāng)應(yīng)用程序用TCP傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)被送入?yún)f(xié)議棧中，然后 逐個(gè)通過(guò)每一層直到被當(dāng)做一串比特流送入網(wǎng)絡(luò)。其中每一層對(duì)收到的

8、數(shù)據(jù)都要增加一些首部的信息（有時(shí)還要增加尾部信息），此過(guò)程為封裝。 UDP和TCP數(shù)據(jù)基本一致。唯一不同的是UDP傳給IP的信息單元稱(chēng)作UDP數(shù)據(jù)報(bào)，而且UDP的首部長(zhǎng)度為8字節(jié)。,以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的分用過(guò)程,網(wǎng)絡(luò)理論,分用 當(dāng)目的主機(jī)收到一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí)，數(shù)據(jù)就開(kāi)始從協(xié)議棧中由底向上，同時(shí)去掉各層協(xié)議加上的報(bào)文首部。每層協(xié)議盒都要去掉檢查報(bào)文首部中的協(xié)議標(biāo)識(shí)，以確定接收數(shù)據(jù)的上層協(xié)議，這個(gè)過(guò)程就是分用。,面向連接的C/S 程序的工作流程（TCP）,面向連接的C/S 程序的工作流程（TCP）,面向連接的C/S 程序的工作流程圖（TCP）,無(wú)連接的C/S 程序的工作流程（UDP）,無(wú)連接的C/S

9、程序的工作流程（UDP）,無(wú)連接的C/S 程序的工作流程圖（UDP）,UDP服務(wù)器端,UDP客戶(hù)端,TCP服務(wù)器端,TCP客戶(hù)端,輸入輸出模型,LINUX的輸入輸出主要有4種模型: 阻塞式、非阻塞式、多路復(fù)用和信號(hào)驅(qū)動(dòng),阻塞式的輸入/輸出,在套接字上執(zhí)行以下4種函數(shù)調(diào)用會(huì)阻塞 a.讀操作：read、readv、recv、 recvfrom和recvmsg 這些操作的過(guò)程如圖a-1所示（以read為例）,阻塞式的讀操作過(guò)程,阻塞式的寫(xiě)操作過(guò)程,b.寫(xiě)操作：write、writev、send、sendto和sendmsg 這些操作的過(guò)程如圖b-1所示（以write為例）,阻塞式的寫(xiě)操作過(guò)程,阻塞式

10、的接收連接：accept,c. TCP套接字接收連接：accept 函數(shù)accept的執(zhí)行過(guò)程如圖c-1所示,阻塞式的接收操作過(guò)程,阻塞式的連接：connect,d. 建立連接connect，操作過(guò)程如圖d-1所示,阻塞式輸入/輸出優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：編程模型清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通信雙方比較容易保持同步 缺陷：進(jìn)程可能永遠(yuǎn)阻塞、進(jìn)程的效率比較低,非阻塞式輸入輸出,在一個(gè)非阻塞式套接字上進(jìn)行輸入/輸 出操作時(shí)，如果操作不能完成，那么操作 將以錯(cuò)誤返回。圖1-1描述了在非阻塞式套 接字進(jìn)行讀操作的過(guò)程。,非阻塞式的讀操作過(guò)程,非阻塞式讀、寫(xiě)、接收、連接,（1）讀操作，如果套接字接收緩沖區(qū)沒(méi)有數(shù)據(jù)，函數(shù)將以錯(cuò)

11、誤（EWOULDBLOCK）返回。 （2）寫(xiě)操作，如果發(fā)送緩沖區(qū)中沒(méi)有空間，函數(shù)以錯(cuò)誤（EWOULDBLOCK ）返回。 （3）接收連接操作，如果沒(méi)有新的連接，函數(shù)也是錯(cuò)誤（ EWOULDBLOCK ）返回 （4）連接操作，函數(shù)將啟動(dòng)TCP 協(xié)議3次握手過(guò)程，但是不等待連接的建立，而是立即以錯(cuò)誤返回，錯(cuò)誤類(lèi)型為EINPROGRESS。,設(shè)置非阻塞套接字,兩種方法: (1)函數(shù)fcntl,操作如下： int flags; flag = fcntl(sockfd,F_GETFL,0); fcntl(sockfd,F_SETFL,flag|O_NONBLOCK); (2)函數(shù)ioctl,操作如下： int on = 1; ioctl(sockfd,FIONBIO,多路復(fù)用輸入/輸出,多路復(fù)用輸入/輸出綜合了阻塞與非阻塞式輸入輸出的優(yōu)點(diǎn)。使用函數(shù)seclect可以同時(shí)檢查多個(gè)描述符是否就緒。當(dāng)有描述符就緒時(shí)，函數(shù)seclet成功返回。圖3-1描述了輸入輸出多路復(fù)用模型。,多路復(fù)用select操作過(guò)程,信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸入輸出模型,圖4-3 信號(hào)驅(qū)動(dòng)通信過(guò)程,信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸入輸出模型,在一個(gè)套接字上使用信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸入