第8章 Socket编程课件

1、第8章 Socket编程,第八章 Socket编程,第8章 Socket编程,2,内容,Socket概述 Socket地址 Socket工作步骤 基本Socket系统调用 其他Socket系统调用,第8章 Socket编程,3,一、Socket概述,Socket的定义 Socket的英文原义是“孔”或“插座”。 Socket 是进程间通信的BSD（Berkeley Software Distribution，伯克利软件套件）方法，用来让一个进程和其他的进程相互通信。 定义：一个本地主机建立或拥有的应用进程，在操作系统控制下，与其它（远程）应用进程之间发送和接收数据的接口。,第8章 Socket

2、编程,4,Socket作为一种通信协议应用程序接口（APIs），依赖于操作系统和编程语言，主要有： UNIX：Berkeley Sockets (C语言) WINDOWS：WinSock,第8章 Socket编程,5,常用的Socket类型有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。 Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用IP协议。,第8章 Socket编程,6,

3、Socket编程的相关概念 1、流（Stream） 计算机中的流其实是一种信息的转换。于某一对象，通常把对象接收外界的信息输入称为输入流，把对象向外输出信息为输出流，合称为输入/输出流（I/O Stream）。 对象间进行数据交换时总是先将数据转换为某种形式的流，再通过流的传输，到达目的对象后再将流转换为对象数据。所以，可以把流看作是一种数据的载体，通过它可以实现数据交换和传输。,第8章 Socket编程,7,2、连接（Connection） 3、阻塞(Block)、非阻塞(Non-block) 4、同步(Synchronous)、异步(asynchronous) 所谓同步，就是在发出一个功能

4、调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回，同时其它线程也不能调用这个方法。,第8章 Socket编程,8,5、 IP地址 (IP Address) 6、字节顺序（Bytes Order） 字节顺序是指占内存多于一个字节类型的数据在内存中的存放顺序，通常有小端、大端两种字节顺序。 7、带外数据（Outband Data） 带外数据，也称为TCP紧急数据，是相连的每一对流套接口间一个逻辑上独立的传输通道。带外数据是独立于普通数据传送给用户的。,第8章 Socket编程,9,需要用到的头文件 数据类型：#include 函数定义：#include ,第8章 Socket编程,10,Berkeley

5、 Socket 常用函数 基本Socket函数 参数获取/设置函数 转换函数,第8章 Socket编程,11,1、基本Socket函数,第8章 Socket编程,12,2、参数获取/设置函数 gethostbyaddr, gethostbyname：返回对应于给定IP地址/主机名的主机信息。 gethostname：获取主机名。 getpeername：获取对方名字。 getsockname：获取一个与套接字相联系的本地名字。,第8章 Socket编程,13,getprotobyname, getprotobynumber：返回对应于给定协议名/协议号的相关协议信息。 getservbynam

6、e, getservbyport：返回对应于给定服务名/端口号的相关服务信息。 getsockopt, setsockopt：获取/设置套接字选项。 ioctl：控制I/O设备。,第8章 Socket编程,14,3、转换函数 （1）IP地址转换 inet_addr()：将点间隔的字符串格式地址转换成二进制IP地址。 inet_ntoa()：将二进制IP地址转换成点间隔的字符串格式。 （2）字节顺序转换 htons()和htonl() ntohs()和ntohl(),第8章 Socket编程,15,二、Socket地址,通过一个指针参数来指定一个Socket地址结构，该指针结构在。 struct

7、 socketaddr u_short sa_family; /* 地址簇 */ char sa_data14; /* 协议地址 */ ,第8章 Socket编程,16,其中地址簇可以取下列值之一： AF_UNIX AF_INET AF_NS AF_IMPLINK 其中，AF 代表“Address Family”，常见的地址类型是Internet、XNS和UNIX。,第8章 Socket编程,17,对于使用最多的Internet簇，其Socket地址主要包括两大部分：端口号、IP地址，它的地址结构在中定义。 struct sockaddr_in short int sin_family; /*

8、AF_INET */ unsigned short int sin_port; struct in_addr sin_addr; unsigned char sin_zero8; /*填充0*/ ;,第8章 Socket编程,18,struct sockaddr_in my_addr; my_addr.sin_family = AF_INET; my_addr.sin_port = htons(3490); my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(132.241.5.10); bzero( 注意：sin_port置为0表示系统随机选择一个未用端口，sin_add

9、r.s_addr置为INADDR_ANY时，系统自动填入本机IP。,第8章 Socket编程,19,三种地址类型的socket结构,Struct sockaddr_in,struct sockaddr_un,Struct sockaddr_ns,第8章 Socket编程,20,三、Socket工作步骤,套接口有三种类型： 流式Socket（面向连接） 数据报式Socket（无连接） 原始Socket（IP）,第8章 Socket编程,21,一个服务程序和几个远程客户程序利用面向连接的TCP协议完成通信。 第一步，初始化 服务程序 （1）调用socket创建一个新的套接字，并在传输层实体中分配空

10、间，返回一个socket描述符以便调用中使用该套接字； （2）调用bind将一个端口标识（IP地址和端口号）赋予该套接字，使得远程客户程序能访问该服务程序。,流式套接字工作原理,第8章 Socket编程,22,客户程序 （1）调用socket创建一个新的套接字，并在传输层实体中分配空间，返回一个socket描述符用于在以后的调用中使用该套接字。,第8章 Socket编程,23,第二步，建立连接 服务程序 （1）调用listen分配数据空间，以便存储多个用户的连接建立请求； （2）调用accept将服务程序阻塞起来，等待接收客户程序发来的连接请求。 客户程序 （1）调用connect阻塞客户程序

11、，传输层实体开始建立连接，当连接建立完成时，取消阻塞；,第8章 Socket编程,24,第三步，数据传输 双方使用send和recv完成数据的发送和接收。 第四步，释放连接 每一方使用close关闭套接口，释放连接。,第8章 Socket编程,25,第8章 Socket编程,26,四、基本Socket系统调用,创建一个socket socket编程首先用socket()建立一个socket，指定所要求的通信协议类型，并返回一个整型描述符，该描述符称为socket描述符，其与Linux中的文件描述符类似，也是一个int型的变量。,第8章 Socket编程,27,函数调用： int socket(

12、int family, int type, int protocol); 说明： family参数一般取AF_INET, protocol参数一般取0。 函数返回Socket描述符，返回-1表示出错。,第8章 Socket编程,“协议” 与“family” 及“type”域的可能组合,第8章 Socket编程,29,应用示例： TCP：sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); UDP：sockfd =socket(AF_INET, SOCK_DGRAM,0);,第8章 Socket编程,30,Socket配置：bind() 功能：将本地地址与套接口捆绑。

13、函数：int bind (int sockfd, const struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen) 说明：如果调用成功，则返回值为0，如果调用失败返回值为-1，并设定相应的错误代码errno。最常见的错误是该端口已经被其他程序绑定（EINPROGRESS）。 注意：在Linux系统中，1024以下的端口只有拥有root权限的程序才能绑定。,第8章 Socket编程,31,Bind()系统调用的主要用处： 服务器向系统注册它的众所周知的地址。面向连接和无连接的服务器在接受客户的请求之前都必须做这一步。 客户可为自己注册一个特定的地址，以便服务器可

14、以用这个有效的地址送回响应。,第8章 Socket编程,32,监听：listen() 功能：监听已经绑定的端口。需要在此前调用bind()函数，否则由系统指定一个随机的端口。 函数：int listen(int sockfd, int queue_length); 说明：queue_length用于指定接收队列的长度，也就是在Server程序调用accept函数之前最大允许进入的连接请求数，多余的连接请求将被拒绝，典型取值为5。,第8章 Socket编程,33,操作系统,Web 服务器,服务器初始化,第8章 Socket编程,34,连接：connect() 功能：建立与服务器的连接。 函数：i

15、nt connect (int sockfd, const struct sockaddr *servaddr, socklen_t addrlen); 说明：servaddr是一个sockaddr结构，用于指定所要连接的服务器的地址（Server的IP地址和端口号）。 addrlen指明sockaddr结构的大小。,第8章 Socket编程,35,OS,1. socket(),Web 服务器,2. bind(80),3. listen(),80,Listen queue,客户,connect(),Request from (IP, port),建立与服务器的连接,第8章 Socket编程,3

16、6,操作系统,Web 服务器,80,Listen 队列,客户1,客户3,客户2,客户请求在listen队列中获取先进先出服务(排队),服务器忙,第8章 Socket编程,37,接受连接：accept() 功能：响应客户的连接请求，建立与客户端的连接。产生一个新的socket描述符来描述该连接，这个连接用来与发起该连接请求的客户交换数据。 函数：int accept(int sockfd,struct sockaddr *addr,int addrlen); 说明：addr将在函数调用后填入对方(客户端)的地址信息，如对方的IP、端口等。,第8章 Socket编程,38,操作系统,Web 服务器

17、,80,Listen 队列,客户 1,客户3,客户2,客户请求在listen队列中获取先进先出服务,accept(),已连接的 socket,accept() 调用,第8章 Socket编程,39,服务器都可工作在两种不同的方式： 循环方式(iterative mode)在计算机中一次只运行一个服务器进程。当有多个客户进程请求服务时，服务器进程就按请求的先后顺序依次做出响应。 并发方式(concurrent)在计算机中同时运行多个服务器进程，每一个服务器进程对某个特定的客户进程做出响应。,服务器的两种工作方式,第8章 Socket编程,40,发送和接收 在完成了上述的初始化工作后，就可以开始传

18、输数据了。 面向连接的发送和接收 : send() 和 recv() 无连接的发送和接收：sendto()和recvfrom(),第8章 Socket编程,41,1、send() 功能：用于TCP协议中发送。 函数：int send(int sockfd, char *buf, int len, int flags); 说明：函数返回已发送的字节数，返回-1表示出错。 send缺省是阻塞函数，直到发送完毕或出错。 注意：如果函数返回值与参数len不相等，则剩余的未发送信息需要再次发送。,第8章 Socket编程,42,flags参数,Flags一般情况下设置为0。但可以选择下列设置: MSG_

19、DONTROUTE：表示不使用指定路由，对send、sendto有效 MSG_PEEK：对recv, recvfrom有效，表示读出网络数据后不清除已读的数据 MSG_OOB：对发送接收都有效，表示发送或接受加急数据,第8章 Socket编程,43,2、recv() 功能：用于TCP协议中接收。 函数：int recv(int sockfd, char *buf, int len, int flags); 说明：函数返回实际接收到的字节数，返回-1表示出错。 recv缺省是阻塞函数，直到接收到信息或出错才返回。,第8章 Socket编程,44,3、sendto() 功能：用于UDP协议中发送。

20、 函数：int sendto(int sockfd, char *buf, int nbytes, int flags, struct sockaddr *to, int addrlen); 说明：函数返回已发送的字节数，返回-1表示出错。 sendto缺省是阻塞函数，直到发送完毕或出错。 注意：如果函数返回值与参数nbytes不相等，则剩余的未发送信息需要再次发送。,第8章 Socket编程,45,4、recvfrom() 功能：用于UDP协议中接收。 函数：int recvfrom(int sockfd,char *buf,int nbytes,int flags,struct socka

21、ddr *from, int *addrlen); 说明：函数返回实际接收的字节数，返回-1表示出错。 recvfrom是阻塞函数，直到接收到信息或出错。,第8章 Socket编程,46,关闭Socket 1、close() 功能：关闭特定的socket连接。 函数：int close(int sockfd);,第8章 Socket编程,47,2、shutdown() 功能：可以单方面的中断连接，即禁止某个方向的信息传递。 函数：int shutdown(int sockfd, int how); 说明： 参数how： 0 - 禁止接收信息。 1 - 禁止发送信息。 2 - 接收和发送都被禁止

22、，与close()函数效果相同。,第8章 Socket编程,48,五、其他Socket系统调用,getpeername() 功能：返回和给定套接字相连的对方对等层进程名。 函数：int getpeername(int sockfd, struct sockaddr *peer, int *addrlen); 说明：参数peer是一个指向struct sockaddr或者struct sockaddr_in的指针。,第8章 Socket编程,49,getsockname() 功能：返回和一个套接字相联系的本地名字。 函数：int getsockname(int sockfd, struct so

23、ckaddr *addr, int *addrlen); 说明：addr用来存放返回的本地地址；addrlen存放的是返回的地址长度。,第8章 Socket编程,50,gethostname() 功能：获取主机名。 函数：int gethostname(char *hostname, size_t size); 说明：hostname是一个存放主机名字的字符数组；返回的hostname可以作为gethostbyname()的参数。,第8章 Socket编程,51,gethostbyname() 功能：获取本地IP地址。 函数：struct hostent *gethostbyname(cons

24、t char *name); 说明：gethostbyname()返回一个指向hostent结构的指针，或者是一个NULL指针表示错误。,第8章 Socket编程,52,字节排序 在字节顺序不一致时可以用下列的4种函数来进行转换。 #include #include u_long htonl(u_long hostlong); u_short htons(u_long hostlong); u_long ntohl(u_long hostlong); u_chort ntohs(u_long hostlong);,第8章 Socket编程,53,字节操作 处理各种套接字地址结构中有协议多字节的

25、字段。 Bcopy(char *src,char *dest,int nbytes); 字符串拷贝 Bzero(char *dest,int nbytes); 把指定数量的空字节写入指定的目的地址。 int bcmp(char *ptr1,char *ptr2,int nbytes); 对任意两个字符串进行比较。,第8章 Socket编程,54,IP地址格式转换 下列两个函数用于在Internet的用小数点分隔的十进制IP地址与二进制IP地址之间进行转换。 #include #include #include unsigned long inet_addr (const char *cp); char* inet_ntoa (