课件：套接口概念.ppt

第二章 套接口概念,套接口简介 域和地址簇 地址转换函数 利用套接口通信,2.1 套接口简介（1）,网间进程通信： 单机环境：不同进程用进程号（PID）唯一标识 网络环境：与协议、地址、端口有关 端口：进程通过系统调用与某端口建立连接后，传输层通过端口与进程通信。端口操作类似一般的I/O操作，可以用读写原语访问，端口号类似于文件描述符。不同协议（如TCP和UDP）可以有相同的端口号，不冲突。 地址：网络地址、主机地址、进程标识（端口号），一个完整的网间进程通信需要三元组(协议,本机地址,本机端口号)或五元组标识(协议,本机地址,本机端口号,远程主机,远程端口号) 网络字节顺序：不同计算机存放多字节值顺序不同，网络协议中需指定网络字节顺序。,2.1 套接口简介（2）,Client/Server模式： 网间进程通信的主要模式是客户机/服务器模式。客户程序向服务程序发请求，服务程序接收来自客户程序的请求并处理，处理后把结果回送给客户，服务进程一般是先于客户请求启动的。这两个进程往往通过网络连接在不同机器上，进程间的通信使用网络编程。 Socket： 应用程序调用编程接口实现网络编程。Socket（套接字）可以在传输层、网际层和数据链路层上进行编程。,2.1 套接口简介（3）,Socket的使用 插座的使用,Socket与插座的类比,2.1 套接口简介（4）,Socket类型 Internet Socket（Internet地址） UNIX Socket （本地节点路径名） X.25 Socket（X.25地址） 只讲Internet Socket，常用类型有： 流套接字 SOCK_STREAM：基于TCP协议。 数据报套接字 SOCK_DGRAM ：基于UDP协议。 原始套接字 SOCK_RAM ：允许对较低层次协议（如IP、ICMP）直接访问。 本地套接字：通过socket技术可以实现不同主机上进程间通信，在单一主机上进程间的通信(IPC)也可用socket技术实现，用于移植远程客户/服务器程序到单一主机上。,2.1 套接口简介（5）,使用Socket 使用文件描述符 文件描述符是一个和打开的文件相关联的整数，这个文件可以是真正的文件、网络连接、管道、终端等。 Socket使用UNIX文件描述符和其他进程通信系统调用。 需要一套专用的函数来操作 socket() 创建套接口，返回一个文件描述符 connect()、accept()等连接 send()、recv()、read()、write()等读写 close() 等关闭套接口,2.2 域和地址族（1）,域 网络通信需要套接口地址标识自己 创建套接口时使用 int socket(int domain,int type,int protocol); AF_INET域使用的数据结构 (地址族) 通用套接口地址（只是模型） sockaddr Internet(IPv4)套接口地址(AF_INET域) sockaddr_in,取AF_INET,2.2 域和地址簇（2）,Socket用到的数据结构(P23) #include （1）存储地址和端口信息的sockaddr struct sockaddr unsigned short sa_family; /*Internet地址簇，AF_INET*/ char sa_data14; /*目标地址和端口信息*/ ;,通用套接字地址结构图,sin_zero8,IPv4套接字地址结构图,sa_data14,2.2 域和地址簇（2）,（2）INET协议簇地址结构sockaddr_in,便于访问 struct sockaddr_in unsigned short sin_family; /*取AF_INET*/ unsigned short sin_port; /*端口号，网络字节顺序*/ struct in_addr sin_addr; /*IP地址，网络字节顺序*/ unsigned char sin_zero8; /*使用bzero()或memset()全部置0，*/ ; 注：指向sockaddr_in 的指针和指向sockaddr的指针可互换使用。 （3）32位IPv4地址结构in_addr struct in_addr unsigned long s_addr;,2.2 域和地址簇（3）,说明: 在书中或系统内部定义这些数据结构时，定义了很多宏常量或新的类型名，使用时须逐渐认知。如： sockaddr_in 、sockaddr及in_addr结构分别定义如下： typedef uint16_t in_port_t; typedef unsigned short sa_family_t; struct sockaddr_in sa_family_t sin_family; in_port_t sin_port; struct in_addr sin_addr; unsigned char sin_zero8; struct sockaddr sa_family_t sa_family; char sa_data14; ;,2.2 域和地址簇（4）,typedef uint32_t in_addr_t struct in_addr union struct uint8_t s_b1,s_b2,s_b3,s_b4; _S_un_b; struct uint16_t s_w1,s_w2; _S_un_w; in_addr_t _S_addr; _S_un; #define s_addr _S_un._S_addr ; #define s_host _S_un._S_un_b.s_b2 ; #define s_net _S_un._S_un_b.s_b1 ; #define s_imp _S_un._S_w.s_w2 ; #define s_impno _S_un._S_un_b.s_b4 ; #define s_lh _S_un._S_un_b.s_b3 ; ,2.3 地址转换函数（1）,字节顺序的转换（网络字节顺序） 主机字节顺序：数据在主机上存放的顺序，与CPU类型和操作系统有关，如16位整数7的存放方式： 网络字节顺序：数据在网络上传输的顺序，约定高位在先，故一般需要转换。,InterX86系列芯片 低位在先,Sun公司Sparc芯片Solaris系统 高位在先,2.3 地址转换函数（2）,转换函数： (h：主机host， n：网络network) 函数htons()：指Host to Network Short 函数htonl()： 指Host to Network Long 函数ntohs()：指Network to Host Short 函数ntohl()： 指Network to Host Long 注： struct sockaddr_in 中sin_port 和sin_addr需转换为网络字节顺序；而sin_family不需转换，只被内核调用，不发送到网络，可以是本机字节顺序。,2.3 地址转换函数（3）,初始化一个AF_INET地址 struct sockaddr_in adr_inet; /定义变量adr_inet int adr_len; memset(,2.3 地址转换函数（4）,Internet IP地址 网络地址 主机地址 网络掩码 例: IP地址: 9 网络分类： C类网 网络地址: 主机地址: *.*.*.19 网络掩码: 广播地址: 55,2.3 地址转换函数（5）,处理IP地址 需包含以下头文件：arpa/inet.h、netinet/in.h、 sys/socket.h （1）点分十进制格式网络地址 函数inet_addr() 原型: unsigned long int inet_addr(char *src) 例：struct sockaddr_in ina; ina.sin_addr.s_addr=inet_addr(“”); 注：(1) inet_addr()返回的地址已经是按照网络字节顺序的，不必调用htonl()。 (2) inet_addr()发生错误时返回-1，编程时需进行错误检查，如: if (ina.sin_addr.s_addr=inet_addr(“”)0) cout“Address Error!”;,2.3 地址转换函数（6）,函数inet_aton() 原型: int inet_aton(char *src, struct in_addr *dst) 例：struct sockaddr_in ina; inet_aton(“”,2.3 地址转换函数（7）,(2) 网络地址点分十进制格式 函数inet_ntoa() 原型: char *inet_ntoa(struct in_addr in) 例：struct sockaddr_in client; cout“you got a connection from n“ inet_ntoa(client.sin_addr); 注: inet_ntoa()的参数是struct in_addr,而不是unsigned long 函数inet_ntop() (不要求) 原型: char *inet_ntop(int af,void *src,char *dst,size_t cnt),2.3 地址转换函数（8）,例题: 源程序名: addr1.cpp 可执行程序: addr1 功能: 用带参数的main()函数输入一个十进制点分格式的IP地址和端口号，输出网络字节顺序的地址和端口号，再将它们转换为十进制点分格式的IP地址和本机顺序端口号并输出。 编译连接: g+ addr1.cpp o addr1 运行程序: ./addr1 9 1234 执行结果为: 320696778 53764 9 1234,2.3 地址转换函数（9）,域名服务（简称DNS，将域名转换为网络地址） 函数gethostbyname() 功能：实现域名（或点分十进制）转换为网络地址 包含文件：#include 原型：struct hostent *gethostbyname(char *name); 用到的数据结构： struct hostent char *h_name; /*主机名*/ char *h_aliases; /*主机别名数组*/ int h_addrtype; /*返回地址类型，常为AF_INET*/ int h_length; /*地址长度，用字节数表示*/ char *h_addr_list; /*主机网络地址数组*/ ; #define h_addr h_addr_list0 /*网络字节顺序的IP地址*/,2.3 地址转换函数（10）,例：struct hostent *he; struct sockaddr_in server; he=gethostbyname(“”); server.sin_addr=*(struct in_addr *)he-h_addr); 例题 源程序名: addr2.cpp (修改addr1.cpp) 可执行程序: addr2 功能: 用带参数的main()函数输入一个域名和端口号，输出网络字节顺序的地址和端口号，再将它们转换为十进制点分格式的IP地址和本机顺序端口号并输出。 运行程序: ./addr2 9 1234 ./addr2 1234 说明: 用到gethostbyname()函数,关于地址的获取 struct hostent *he; struct sockaddr_in server; he=gethostbyname(“”); server.sin_addr=*(struct in_addr *)he-h_addr); 其中: server.sin_addr=*(struct in_addr *)he-h_addr); 可以写作: server.sin_addr.s_addr=*(unsigned long *)he-h_addr); 使用命令: hostname 获得主机名 more /etc/hosts 查看主机名配置文件,超级用户可以修改.,2.3 地址转换函数（11）,端口 当客户要与另一主机上的服务进程进行通信时，除知道IP地址外，还要知道服务进程守侯的端口号。对于服务进程，它监听相应的端口，以接收客户进程的请求。不同的服务对应不同的端口号，其对应关系在文件/etc/services中定义。 一般小于1024的端口由UNIX系统保留，大于1024的端口由用户进程使用（102465535）。,2.3 地址转换函数（12）,常见周知口（受操作系统保护，服务程序需root权限编程） /*network standard functions*/ /*host specific functions*/ #define IPPORT_ECHO 7 #define IPPORT_ BOOTPS 67 #define IPPORT_DISCARD 9 #define IPPORT_ BOOTPC 68 #define IPPORT_SYSTAT 11 #define IPPORT_ TFTP 69 #define IPPORT_DAYTIME 13 #define IPPORT_ RJE 77 #define IPPORT_NETSTAT 15 #define IPPORT_ FINGER 79 #define IPPORT_FTP 21 #define IPPORT_ TTYLINK 87 #define IPPORT_TELNET 23 #define IPPORT_ SUPDUP 95 #define IPPORT_SMTP 25 /*Unix TCP sockets*/ #define IPPORT_TIMESERVER 37 #define IPPORT_ EXECSERVER 512 #define IPPORT_ NAMESERVER 42 #define IPPORT_ LOGINSERVER 513 #define IPPORT_ WHOIS 43 #define IPPORT_ CMDSERVER 514 #define IPPORT_ MTP 57 #define IPPORT_ EFSSSERVER 520 /*Unix UDP sockets*/ #define IPPORT_ BIFFUDP 512 #define IPPORT_ WHOSERVER 513 #define IPPORT_ ROUTESERVER 520,2.4 利用套接口通信（1）,连接类型 面向连接的方式，即虚电路方式。 在两个连接端点间建立一条虚电路，两端点只有在建立连接后才能传输数据，且传输是可靠的（TCP协议），套接口类型用SOCK_STREAM。例如telnet就采用这种方式。 无连接方式，即数据报方式。 传输报文前不用建立连接。无连接协议的每个报文包含一个完整的传送地址，这种传输是不可靠的（UDP协议）, 套接口类型用SOCK_DGRAM 。例如很多聊天室程序。,2.4 利用套接口通信（2）,服务器端建立过程 创建socket：socket() 绑定本机端口：bind() 监听端口：listen() 接受连接：accept() 连接的数据传输：send()和recv() 无连接的数据传输：sendto()和recvfrom() 关闭socket：c