socket编程实现client server程序

一 、 实 验 预 备 知 识 1、 客 户 机 /服 务 器 模 式 在 网 络 中 最 常 用 的 通 信 模 式 是 客 户 机 /服 务 器 模 式 (Client/Server 模 式 或 C/S 模 式 )。 服 务 器 方 要 先 启 动 ， 并 监 听 指 定 端 口 ， 等 待 客 户 端 的 请 求 ， 根 据 客 户 端 的 请 求 提 供 相 应 服 务 。 2、 基 本 套 接 字 一 般 来 说 ， 要 进 行 网 络 通 信 ， 必 须 要 在 网 络 的 每 一 端 都 要 建 立 一 个 套 接 字 ， 两 个 套 接 字 之 间 是 可 以 建 立 连 接 的 ， 也 是 可 以 无 连 接 的 ， 并 通 过 对 套 接 字 的 “读 ”、 “写 ” 操 作 实 现 网 络 通 信 功 能 。 类 似 于 文 件 的 打 开 、 读 、 写 、 关 闭 的 方 式 。 套 接 字 有 三 种 类 型 ： 数 据 流 套 接 字 （ SOCK_STREAM） ： 对 应 TCP 协 议 。 数 据 报 套 接 字 （ SOCK_DGRAM） ： 对 应 UDP 协 议 。 原 始 套 接 字 （ SOCK_RAW） 。 通 过 使 用 原 始 套 接 字 ， 可 以 将 网 卡 设 为 混 杂 模 式 。 并 且 可 以 捕 获 到 的 数 据 包 不 仅 仅 是 单 纯 的 数 据 信 息 ， 而 是 包 含 有 IP 头 、 TCP 头 等 信 息 头 的 最 原 始 的 数 据 信 息 ， 这 些 信 息 保 留 了 它 在 网 络 传 输 时 的 原 貌 ， 通 过 对 这 些 在 低 层 传 输 的 原 始 信 息 的 分 析 可 以 得 到 更 多 网 络 的 信 息 。 一 个 完 整 的 网 间 通 信 需 要 一 个 五 元 组 来 标 识 ： （ 协 议 ， 本 地 地 址 ， 本 地 端 口 号 ， 远 地 地 址 ， 远 地 端 口 号 ） 3、 基 本 套 接 字 系 统 调 用 为 了 更 好 地 说 明 套 接 字 编 程 原 理 ， 下 面 给 出 几 个 基 本 套 接 字 系 统 调 用 说 明 。 a 创 建 套 接 字 socket() 应 用 程 序 在 使 用 套 接 字 前 ， 首 先 必 须 拥 有 一 个 套 接 字 ， 系 统 调 用 socket()向 应 用 程 序 提 供 创 建 套 接 字 的 手 段 ， 其 调 用 格 式 如 下 ： SOCKET PASCAL FAR socket(int af, int type, int protocol); 参 数 af： 指 定 通 信 发 生 的 区 域 ， UNIX 系 统 支 持 的 地 址 族 有 ： AF_UNIX、 AF_INET、 AF_NS 等 ， 而 DOS、 WINDOWS 中 仅 支 持 AF_INET， 它 是 互 连 网 区 域 。 参 数 type： 描 述 要 建 立 的 套 接 字 的 类 型 。 参 数 protocol： 说 明 该 套 接 字 使 用 的 特 定 协 议 ， 如 果 调 用 者 不 希 望 特 别 指 定 使 用 的 协 议 ， 则 置 为 0， 使 用 默 认 的 协 议 。 根 据 这 三 个 参 数 建 立 一 个 套 接 字 ， 并 将 相 应 的 资 源 分 配 给 它 ， 同 时 返 回 一 个 整 型 套 接 字 号 。 socket()系 统 调 用 实 际 上 指 定 了 相 关 五 元 组 中 的 “协 议 ”这 一 元 。 b 指 定 本 地 地 址 bind() 将 本 地 主 机 地 址 和 本 地 端 口 与 所 创 建 的 套 接 字 号 联 系 起 来 ， 其 调 用 格 式 如 下 ： int PASCAL FAR bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen); 参 数 s： 是 由 socket()调 用 返 回 的 套 接 字 描 述 符 (套 接 字 号 )。 参 数 name： 是 赋 给 套 接 字 s 的 本 地 地 址 ， 其 长 度 可 变 ， 结 构 随 通 信 域 的 不 同 而 不 同 ， TCP/IP 协 议 使 用 的 地 址 结 构 如 下 ： struct sockaddr_in short sin_family; /*AF_INET*/ u_short sin_port; /*16 位 端 口 号 ， 网 络 字 节 顺 序 */ struct in_addr sin_addr; /*32 位 IP 地 址 ， 网 络 字 节 顺 序 */ char sin_zero8; /*保 留 */ 网 络 字 节 顺 序 ： 不 同 的 计 算 机 存 放 多 字 节 值 的 顺 序 不 同 ， 有 的 机 器 在 起 始 地 址 先 存 放 低 位 字 节 ， 有 的 先 存 高 位 字 节 。 为 保 证 数 据 的 正 确 性 ， 在 网 络 协 议 中 须 指 定 网 络 字 节 顺 序 。 TCP/IP 协 议 使 用 16 位 整 数 和 32 位 整 数 的 高 价 先 存 格 式 ， 它 们 均 含 在 协 议 头 文 件 中 。 参 数 namelen： 表 明 了 name 的 长 度 。 如 果 没 有 错 误 发 生 ， bind()返 回 0。 否 则 返 回 值 SOCKET_ERROR。 c 建 立 套 接 字 连 接 connect()与 accept() connect()用 于 建 立 连 接 。 无 连 接 的 套 接 字 进 程 也 可 以 调 用 connect()， 这 样 就 不 必 每 次 都 指 定 目 的 地 址 。 而 accept()用 于 使 服 务 器 等 待 来 自 某 客 户 进 程 的 实 际 连 接 。 int PASCAL FAR connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen); 参 数 s： 是 欲 建 立 连 接 的 本 地 套 接 字 描 述 符 。 参 数 name： 为 指 向 对 方 套 接 字 地 址 结 构 的 指 针 。 参 数 namelen： 对 方 套 接 字 地 址 结 构 长 度 。 如 果 没 有 错 误 发 生 ， connect()返 回 0。 否 则 返 回 值 SOCKET_ERROR。 SOCKET PASCAL FAR accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen); 参 数 s： 为 本 地 套 接 字 描 述 符 ， 在 用 做 accept()调 用 的 参 数 前 应 该 先 调 用 过 listen()。 addr ： 指 向 客 户 方 套 接 字 地 址 结 构 的 指 针 ， 用 来 接 收 连 接 实 体 的 地 址 。 Addrlen： 为 客 户 方 套 接 字 地 址 结 构 的 长 度 。 如 果 没 有 错 误 发 生 ， accept()返 回 一 个 SOCKET 类 型 的 值 ， 表 示 接 收 到 的 套 接 字 的 描 述 符 。 否 则 返 回 值 INVALID_SOCKET。 accept()用 于 面 向 连 接 服 务 器 。 参 数 addr 和 addrlen 存 放 客 户 方 的 地 址 信 息 。 调 用 前 ， 参 数 addr 指 向 一 个 初 始 值 为 空 的 地 址 结 构 ， 而 addrlen 的 初 始 值 为 0； 调 用 accept()后 ， 服 务 器 等 待 从 编 号 为 s 的 套 接 字 上 接 受 客 户 连 接 请 求 ， 而 连 接 请 求 是 由 客 户 方 的 connect()调 用 发 出 的 。 当 有 连 接 请 求 到 达 时 ， accept()调 用 将 请 求 连 接 队 列 上 的 第 一 个 客 户 方 套 接 字 地 址 及 长 度 放 入 addr 和 addrlen， 并 创 建 一 个 与 s 有 相 同 特 性 的 新 套 接 字 号 。 新 的 套 接 字 可 用 于 处 理 服 务 器 并 发 请 求 。 四 个 套 接 字 系 统 调 用 ， socket()、 bind()、 connect()、 accept()， 可 以 完 成 一 个 完 全 五 元 相 关 的 建 立 。 socket()指 定 五 元 组 中 的 协 议 元 。 bind()指 定 五 元 组 中 的 本 地 二 元 ， 即 本 地 主 机 地 址 和 端 口 号 ， 其 用 法 与 是 否 面 向 连 接 有 关 ： 在 服 务 器 方 ， 无 论 是 否 面 向 连 接 ， 均 要 调 用 bind()； 在 客 户 方 ， 若 采 用 面 向 连 接 ， 则 可 以 不 调 用 bind()， 而 通 过 connect()自 动 完 成 。 若 采 用 无 连 接 ， 客 户 方 必 须 使 用 bind()以 获 得 一 个 唯 一 的 地 址 。 d 监 听 连 接 listen() 此 调 用 用 于 面 向 连 接 服 务 器 ， 表 明 它 愿 意 接 收 连 接 。 listen()需 在 accept()之 前 调 用 ， 其 调 用 格 式 如 下 ： int PASCAL FAR listen(SOCKET s, int backlog); 参 数 s： 标 识 一 个 本 地 已 建 立 、 尚 未 连 接 的 套 接 字 号 ， 服 务 器 愿 意 从 它 上 面 接 收 请 求 。 Backlog： 表 示 请 求 连 接 队 列 的 最 大 长 度 ， 用 于 限 制 排 队 请 求 的 个 数 ， 目 前 允 许 的 最 大 值 为 5。 如 果 没 有 错 误 发 生 ， listen()返 回 0。 否 则 它 返 回 SOCKET_ERROR。 e 数 据 传 输 send()与 recv() 当 一 个 连 接 建 立 以 后 ， 就 可 以 传 输 数 据 了 。 常 用 的 系 统 调 用 有 send()和 recv()。 int PASCAL FAR send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags); 参 数 s： 为 已 连 接 的 本 地 套 接 字 描 述 符 。 buf ： 指 向 存 有 发 送 数 据 的 缓 冲 区 的 指 针 ， 其 长 度 由 len 指 定 。 Flags： 指 定 传 输 控 制 方 式 ， 如 是 否 发 送 带 外 数 据 等 。 如 果 没 有 错 误 发 生 ， send()返 回 总 共 发 送 的 字 节 数 。 否 则 它 返 回 SOCKET_ERROR。 int PASCAL FAR recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags); 参 数 s： 为 已 连 接 的 套 接 字 描 述 符 。 Buf： 指 向 接 收 输 入 数 据 缓 冲 区 的 指 针 ， 其 长 度 由 len 指 定 。 Flags： 指 定 传 输 控 制 方 式 ， 如 是 否 接 收 带 外 数 据 等 。 如 果 没 有 错 误 发 生 ， recv()返 回 总 共 接 收 的 字 节 数 。 如 果 连 接 被 关 闭 ， 返 回 0。 否 则 它 返 回 SOCKET_ERROR。 * Flags 参 数 可 以 是 0 或 者 是 以 下 的 组 合 ： MSG_DONTROUTE： 不 查 找 路 由 表 。 是 send 函 数 使 用 的 标 志 ， 这 个 标 志 告 诉 IP 协 议 ， 目 的 主 机 在 本 地 网 络 上 面 ， 没 有 必 要 查 找 路 由 表 。 MSG_OOB： 表 示 可 以 接 收 和 发 送 带 外 的 数 据 。 MSG_PEEK： 是 recv 函 数 的 使 用 标 志 ， 表 示 只 是 从 系 统 缓 冲 区 中 读 取 内 容 ， 而 不 清 除 系 统 缓 冲 区 的 内 容 。 这 样 下 次 读 的 时 候 ， 仍 然 是 一 样 的 内 容 。 一 般 在 有 多 个 进 程 读 写 数 据 时 可 以 使 用 这 个 标 志 。 MSG_WAITAL： 是 recv 函 数 的 使 用 标 志 ， 表 示 等 到 所 有 的 信 息 到 达 时 才 返 回 。 使 用 这 个 标 志 的 时 候 recv 会 一 直 阻 塞 ， 直 到 指 定 的 条 件 满 足 ， 或 者 是 发 生 了 错 误 。 1)当 读 到 了 指 定 的 字 节 时 ， 函 数 正 常 返 回 ， 返 回 值 等 于 len。 2)当 读 到 了 文 件 的 结 尾 时 ， 函 数 正 常 返 回 ， 返 回 值 小 于 len。 3)当 操 作 发 生 错 误 时 ,返 回 -1， 且 设 置 错 误 为 相 应 的 错 误 号 (errno)。 f 数 据 传 输 sendto()与 recvfrom() Sendto()用 于 在 无 连 接 套 接 字 上 发 送 消 息 。 Recvfrom（ ） 可 以 记 录 发 送 者 的 地 址 ， 该 地 址 与 sendto 所 指 定 的 地 址 结 构 完 全 相 同 。 int sendto(int sockfd,const void *msg,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *to， int tolen) int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr * from， int *fromlen) sockfd: 表 示 套 接 字 描 述 符 。 buf: 发 送 或 接 收 的 缓 冲 区 。 len: 缓 冲 区 及 大 小 。 recvfrom 负 责 从 sockfd 接 收 数 据 ， 如 果 from 不 是 NULL， 那 么 在 from 里 面 存 储 了 信 息 来 源 的 情 况 ， 如 果 对 信 息 的 来 源 不 感 兴 趣 ， 可 以 将 from 和 fromlen 设 置 为 NULL。 sendto 负 责 向 to 发 送 信 息 ， 此 时 在 to 里 面 存 储 了 接 收 信 息 方 的 详 细 信 息 。 g 数 据 传 输 recvmsg()和 sendmsg() recvmsg 和 sendmsg 的 功 能 类 似 于 recvfrom 和 sendto， 只 不 过 将 一 些 信 息 放 入 了 一 个 结 构 中 。 int recvmsg(int sockfd,struct msghdr *msg,int flags) int sendmsg(int sockfd,struct msghdr *msg,int flags) struct msghdr void *msg_name; int msg_namelen; struct iovec *msg_iov; int msg_iovlen; void *msg_control; int msg_controllen; int msg_flags; struct iovec void *iov_base; /* 缓 冲 区 开 始 的 地 址 */ size_t iov_len; /* 缓 冲 区 的 长 度 */ msg_name 和 msg_namelen 当 套 接 字 是 非 面 向 连 接 时 (UDP),它 们 存 储 接 收 和 发 送 方 的 地 址 信 息 。 msg_name 实 际 上 是 一 个 指 向 struct sockaddr 的 指 针 ， msg_name 是 结 构 的 长 度 。 当 套 接 字 是 面 向 连 接 时 ， 这 两 个 值 应 设 为 NULL. msg_iov 和 msg_iovlen 指 出 接 受 和 发 送 的 缓 冲 区 内 容 。 msg_iov 是 一 个 结 构 指 针 ， msg_iovlen 指 出 这 个 结 构 数 组 的 大 小 。 msg_control 和 msg_controllen 这 两 个 变 量 是 用 来 接 收 和 发 送 控 制 数 据 时 的 msg_flags 指 定 接 受 和 发 送 的 操 作 选 项 ， 和 recv,send 的 选 项 一 样 。 h 关 闭 套 接 字 closesocket() 与 Shutdown() closesocket()关 闭 套 接 字 s， 并 释 放 分 配 给 该 套 接 字 的 资 源 ； 如 果 s 涉 及 一 个 打 开 的 TCP 连 接 ， 则 该 连 接 被 释 放 。 closesocket()的 调 用 格 式 如 下 ： BOOL PASCAL FAR closesocket(SOCKET s); 参 数 s： 待 关 闭 的 套 接 字 描 述 符 。 如 果 没 有 错 误 发 生 ， closesocket()返 回 0。 否 则 返 回 值 SOCKET_ERROR。 int shutdown(int sockfd,int howto) TCP 连 接 是 双 向 的 (是 可 读 写 的 )， 当 我 们 使 用 close 时 ， 会 把 读 写 通 道 都 关 闭 ， 有 时 侯 我 们 希 望 只 关 闭 一 个 方 向 ， 这 个 时 候 我 们 可 以 使 用 shutdown。 针 对 不 同 的 howto， 系 统 回 采 取 不 同 的 关 闭 方 式 . howto=0 这 个 时 候 系 统 会 关 闭 读 通 道 ， 但 是 可 以 继 续 写 。 howto=1 关 闭 写 通 道 ， 但 是 可 以 继 续 读 。 howto=2 关 闭 读 写 通 道 。 i 输 入 /输 出 多 路 复 用 select() select()调 用 用 来 检 测 一 个 或 多 个 套 接 字 的 状 态 。 对 每 一 个 套 接 字 来 说 ， 这 个 调 用 可 以 请 求 读 、 写 或 错 误 状 态 方 面 的 信 息 。 请 求 给 定 状 态 的 套 接 字 集 合 由 一 个 fd_set 结 构 指 示 。 在 返 回 时 ， 此 结 构 被 更 新 ， 以 反 映 那 些 满 足 特 定 条 件 的 套 接 字 的 子 集 ， 同 时 ， select()调 用 返 回 满 足 条 件 的 套 接 字 的 数 目 ， 其 调 用 格 式 如 下 ： int PASCAL FAR select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout); 参 数 nfds： 指 明 被 检 查 的 套 接 字 描 述 符 的 值 域 ， 此 变 量 一 般 被 忽 略 。 参 数 readfds： 指 向 要 做 读 检 测 的 套 接 字 描 述 符 集 合 的 指 针 ， 调 用 者 希 望 从 中 读 取 数 据 。 参 数 writefds： 指 向 要 做 写 检 测 的 套 接 字 描 述 符 集 合 的 指 针 。 Exceptfds： 指 向 要 检 测 是 否 出 错 的 套 接 字 描 述 符 集 合 的 指 针 。 Timeout： 指 向 select()函 数 等 待 的 最 大 时 间 ， 如 果 设 为 NULL 则 为 阻 塞 操 作 。 select()返 回 包 含 在 fd_set 结 构 中 已 准 备 好 的 套 接 字 描 述 符 的 总 数 目 ， 或 者 是 发 生 错 误 则 返 回 SOCKET_ERROR。 4、 数 据 转 换 和 网 络 信 息 函 数 a、 字 节 顺 序 转 换 函 数 在 网 络 上 面 有 着 许 多 类 型 的 机 器 ,这 些 机 器 在 表 示 数 据 的 字 节 顺 序 是 不 同 的 , 比 如 i386 芯 片 是 低 字 节 在 内 存 地 址 的 低 端 ,高 字 节 在 高 端 ,而 alpha 芯 片 却 相 反 。 为 了 统 一 起 来 ， 有 专 门 的 字 节 顺 序 转 换 函 数 。 unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong) unsigned short int htons(unisgned short int hostshort) unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong) unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort) 在 这 四 个 转 换 函 数 中 ， h 代 表 host， n 代 表 network。 s 代 表 short， l 代 表 long， 第 一 个 函 数 的 意 义 是 将 本 机 器 上 的 long 数 据 转 化 为 网 络 上 的 long， 其 它 几 个 函 数 的 意 义 类 似 。 b、 IP 和 域 名 的 转 换 在 网 络 上 标 志 一 台 机 器 可 以 用 IP 或 者 是 用 域 名 ， 那 么 怎 么 进 行 转 换 呢 ? struct hostent *gethostbyname(const char *hostname) struct hostent *gethostbyaddr(const char *addr,int len,int type) 在 中 有 struct hostent 的 定 义 struct hostent char *h_name; /* 主 机 的 正 式 名 称 */ char *h_aliases; /* 主 机 的 别 名 */ int h_addrtype;/* 主 机 的 地 址 类 型 AF_INET*/ int h_length; /* 主 机 的 地 址 长 度 对 于 IP4 是 4 字 节 32 位 */ char *h_addr_list; /* 主 机 的 IP 地 址 列 表 */ #define h_addr h_addr_list0 /* 主 机 的 第 一 个 IP 地 址 */ gethostbyname 可 以 将 机 器 名 (如 )转 换 为 一 个 结 构 指 针 .在 这 个 结 构 里 面 储 存 了 域 名 的 信 息 gethostbyaddr 可 以 将 一 个 32 位 的 IP 地 址 (C0A80001)转 换 为 结 构 指 针 . 这 两 个 函 数 失 败 时 返 回 NULL 且 设 置 h_errno 错 误 变 量 ,调 用 h_strerror()可 以 得 到 详 细 的 出 错 信 息 c、 字 符 串 的 IP 和 32 位 的 IP 转 换 . 在 网 络 上 面 IP 地 址 都 用 点 分 十 进 制 数 字 表 示 (如 ： )， 而 在 struct in_addr 结 构 中 用 的 是 32 位 的 IP， 为 了 转 换 我 们 可 以 使 用 下 面 两 个 函 数 ： int inet_aton(const char *cp,struct in_addr *inp) char *inet_ntoa(struct in_addr in) 函 数 里 面 a 代 表 ascii， n 代 表 network。 第 一 个 函 数 表 示 将 a.b.c.d 的 IP 转 换 为 32 位 的 IP， ,存 储 在 inp 指 针 里 面 。 第 二 个 是 将 32 位 IP 转 换 为 a.b.c.d 的 格 式 。 d、 服 务 信 息 函 数 在 网 络 程 序 里 面 我 们 有 时 候 需 要 知 道 端 口 、 IP 和 服 务 信 息 ， 这 个 时 候 可 以 使 用 以 下 几 个 函 数 int getsockname(int sockfd,struct sockaddr *localaddr,int *addrlen) int getpeername(int sockfd,struct sockaddr *peeraddr, int *addrlen) struct servent *getservbyname(const char *servname,const char *protoname) struct servent *getservbyport(int port,const char *protoname) struct servent char *s_name; /* 正 式 服 务 名 */ char *s_aliases; /* 别 名 列 表 */ int s_port; /* 端 口 号 */ char *s_proto; /* 使 用 的 协 议 */ 5、 典 型 调 用 时 序 图 a. 面 向 连 接 的 套 接 字 的 系 统 调 用 时 序 图 a. 无 连 接 协 议 的 套 接 字 调 用 时 序 图 6、 面 向 连 接 示 例 程 序 a VC+ Socket 编 程 简 单 的 Tcp/ip 服 务 器 #include #include #include #define NO_FLAGS_SET 0 #define PORT (u_short) 44965 #define MAXBUFLEN 256 INT main(VOID) WSADATA Data; SOCKADDR_IN serverSockAddr; SOCKADDR_IN clientSockAddr; SOCKET serverSocket; SOCKET clientSocket; int addrLen=sizeof(SOCKADDR_IN); int status; int numrcv; char bufferMAXBUFLEN; /* initialize the Windows Socket DLL */ status=WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), /*初 始 化 Winsock DLL if (status != 0) cerr #include #include #define NO_FLAGS_SET 0 #define PORT (u_short) 44965 #define DEST_IP_ADDR “58“ /Server address INT main(VOID) WSADATA Data; SOCKADDR_IN destSockAddr; SOCKET destSocket; unsigned long destAddr; int status; int numsnt; char *toSendtxt=“Test String“; /* initialize the Windows Socket DLL */ status=WSAStartup(MAKEWORD(1, 1), if (status != 0) cerr “ERROR: WSAStartup unsuccessful“ endl; /* convert IP address into in_addr form */ destAddr=inet_addr(DEST_IP_ADDR); /* copy destAdd