Socket网络编程指导.ppt

Socket网络编程指导,2019/6/14,1/37,,什么是Socket？,2019/6/14,2/37,BSD Socket（伯克立套接字）是通过标准的UNIX文件描述符和其它程序通讯的一个方法，目前已经被广泛移植到各个平台。 Socket是独立于具体协议的网络编程接口。在ISO模型中，主要位于会话层和传输层。,Socket的类型,2019/6/14,3/37,流式套接字(SOCK_STREAM) 提供了一个面向连接，可靠的数据传输服务，数据无差错，无重复的发送且按发送顺序接收。内设流量控制，避免数据流超限；数据被看作是字节流，无长度限制。 数据报式套接字(SOCK_DGRAM) 提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无差错保证,数据可能丢失或重复，并且接收顺序无序。 原始式套接字(SOCK_RAW) 该接口允许对较低层次协议，如IP、ICMP直接访问。,2019/6/14,4/37,Socket所在层次示意图,Application program,Stream Socket Interface,TCP,UDP,Datagram Socket Interface,Raw Socket Interface,IP,Physical and data link layers,基本套接字调用,2019/6/14,5/37,创建套接字 socket(); 绑定本机端口 bind(); 建立连接 connect(); 接受连接 accept(); 监听端口 listen(); 数据传输 send(), recv() 等; 关闭套接字 close();,Socket相关的数据结构,2019/6/14,6/37,struct sockaddr_in short int sin_family; /* 通信类型 */ unsigned short int sin_port; /* 端口号,网络字节顺序*/ struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址,网络字节顺序*/ unsigned char sin_zero8; /*没用*/ ; struct in_addr in_addr_t s_addr; /* 存储32bit 的IP地址*/ ,网络字节顺序和主机字节顺序,2019/6/14,7/37,Big-Endian Byte Order:字节的高位在内存中放在存储单元的起始位置,00001010,00010111,00001110,00000110,00001010,00010111,00001110,00000110,Memory,Little-Endian Byte Order : 与Big-Endian相反,A,A+1,A+2,A+3,2019/6/14,8/40,Host byte order（ Little-Endian ）,16-bit,32-bit,Network byte order（Big-Endian）,16-bit,32-bit,htons(),ntohs(),htonl(),ntohl(),网络字节顺序和主机字节顺序的转换,IP地址的转换,2019/6/14,9/37,int inet_aton(const char* strptr, struct in_addr *addrptr); 从点状十进制到32位2进制的转换，如“85” 到 11001010，00100110，01000000，10111001 char *inet_ntoa(struct in_addr inadd); 与inet_aton()的功能相反,相关的内存操作函数,2019/6/14,10/37,void *memset(void *buffer, int c, int count); 把buffer所指内存区域的前count个字节设置成字符c。 void *memcpy(void *dest, void *src, unsigned int count); 由src所指内存区域复制count个字节到dest所指内存区域。 Void bzero(void *s, int n ); 置字节字符串s的前n个字节为零。,域名和IP地址的转换,2019/6/14,11/37,struct hostent *gethostbyname(const char *name);,struct hostent char *h_name; /* 主机的官方域名 */ char *h_aliases; /* 一个以NULL结尾的主机别名数组 */ int h_addrtype; /* 返回的地址类型，在Internet环境下为AF- INET */ int h_length; /* 地址的字节长度 */ char *h_addr_list; /* 一个以0结尾的数组，包含该主机的所有地 址*/ ; #define h_addr h_addr_list0 /*在h-addr-list中的第一个地址*/,建立Socket,2019/6/14,12/37,int socket(int domain, int type, int protocol); 参数说明： domain：通信使用的协议族，即网络的类型，对于 TCP/IP来说，是AF_INET type: SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM protocol: 通常为0 返回整形的socket描述符，如果出错，返回-1,Socket的配置,2019/6/14,13/37,Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用Socket()函数时，将建立一个Socket，为一个Socket数据结构分配存储空间。 两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地主机地址和端口、远端主机地址和端口。 在使用socket进行网络传输以前，必须配置该socket。 面向连接的socket客户端调用connect()函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。 无连接socket的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用bind()函数来配置本地信息。,绑定Socket,2019/6/14,14/37,int bind(int sockfd，struct sockaddr_in *my_addr, int addrlen); sockfd是socket()返回的socket描述符； my_addr是指向包含本机IP地址及端口号等信息的 sockaddr类型的指针； addrlen一般被设置为sizeof(struct sockaddr_in) 成功被调用时返回0；出现错误时返回“-1“,绑定前sockaddr_in的初始化,2019/6/14,15/37,my_addr.sin_family = AF_INET; /选择网络类型为TCP/IP my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“22“); my_addr.sin_port = htons( 8888 ); /选择端口8888 addr_len = sizeof(struct sockaddr_in); memset(,建立连接（客户端）,2019/6/14,16/37,面向连接的客户程序使用connect函数来配置socket并与远端服务器建立一个TCP连接，其函数原型为： int connect( int sockfd, struct sockaddr_in *serv_addr，int addrlen); serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针；addrlen是远端地址结构的长度 成功则返回0，出现错误时返回-1,建立连接（服务器端）,2019/6/14,17/37,服务器监听端口：listen函数使socket处于被动的监听模式，并为该socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。 int listen(int sockfd， int backlog); backlog：请求连接队列的最大长度 成功返回0，出错返回-1,建立连接（服务器端）,2019/6/14,18/37,accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。 int accept(int sockfd, sockaddr_in *addr, int *addrlen); addr是指向sockaddr_in变量的指针，该变量存放提出连接请求服务的主机的信息 返回新的socket描述符，和请求连接进程的地址联系起来在新的socket描述符上进行数据传输操作。原来的socket继续listen,数据传输(1),2019/6/14,19/37,send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。 send()函数原型为： int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); sockfd是用来传输数据的socket描述符；msg是指向要发送数据的指针；len是以字节为单位的数据长度；flags一般置为0 send() 返回实际发送的字节数，可能会少于希望发送的数据。在程序中应该将send()的返回值与欲发送的字节数进行比较。当返回值与len不匹配时，应该进行处理。,数据传输(2),2019/6/14,20/37,recv()函数原型为： int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags); buf 是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲区的长度。flags也被置为0。 recv()返回实际接收的字节数，当出现错误时，返回-1,数据传输(3),2019/6/14,21/37,sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方 式下进行数据传输。由于本地socket没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时要指明目的地址。 sendto()函数原型为： int sendto(int sockfd, const void *buf，int buflen， unsigned int flags, const struct sockaddr_in *to, int tolen);,数据传输(4),2019/6/14,22/37,recvfrom()函数原型为： int recvfrom(int sockfd，void *buf，int buflen， unsigned int flags，struct sockaddr_in *from，int *fromlen); recvfrom()函数返回接收到的字节数，当出错时返回-1,结束传输,2019/6/14,23/37,close()函数用于释放socket，停止在该socket上的任何数据操作： close(sockfd); 也可以调用shutdown() 来关闭该socket 该函数允许只停止某个方向上的数据传输，而一个方向上的数据传输继续进行。 int shutdown(int sockfd，int how); 参数 how允许为shutdown操作选择以下几种方式： 0-不允许继续接收数据 1-不允许继续发送数据 2-不允许继续发送和接收数据， shutdown在操作成功时返回0，出错时返回-1。,C/S结构,2019/6/14,24/37,服务器端要先启动，提供相应服务： 1：打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一个公认地址上接收客户请求。 2：等待客户请求到达该端口。 3：接收到服务请求，处理该请求并发送应答信号。 4：返回第二步，等待另一客户请求 5：关闭服务器。,客户端： 1、打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口。 2、向服务器发送服务请求报文，等待并接收应答；继续提出请求 3、请求结束后关闭通信通道并终止。,流程图,2019/6/14,25/37,TCP服务器端 (循环服务器),TCP客户端,socket( ),bind( ),listen( ),accept( ),socket( ),send( ),connect( ),recv( ),recv( ),send( ),close( ),close( ),UDP服务器端,UDP客户端,socket( ),bind( ),listen( ),recvfrom( ),sendto( ),socket( ),bind( ),close( ),close( ),简单的例子,2019/6/14,26/37,int sockfd, newsockfd,addr_len, sendnum; struct sockaddr_in my_addr, their_addr; char * msg = “welcome”; sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); /建立socket my_addr.sin_family = AF_INET; /选择网络类型为TCP/IP my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“22“); my_addr.sin_port = htons( 8888 ); /选择端口8888 addr_len = sizeof( struct sockaddr_in); memset( /监听，等待连接，等待连接队列最大长度为10,简单的例子（续）,2019/6/14,27/37,While( 1 ) newsockfd = accept( sockfd, (struct sockaddr *),阻塞与非阻塞(1),2019/6/14,28/37,阻塞函数：指其完成指定的任务之前不允许程序调用另一个函数，在Windows下还会阻塞本线程消息的发送。 eg: recv( ) ,当socket工作在阻塞模式的时候，如果没有数据的情况下调用该函数，则当前线程会被挂起，直到有数据为止。 非阻塞函数：指操作启动之后，如果可以立即得到结果就返回结果，否则返回表示结果需要等待的错误信息，不等待任务完成函数就返回。,使用非阻塞I/O的方式：select() 例子: while(1)/执行循环 一边输出一边也不要忘了输入 FD_ZERO(,2019/6/14,29/37,阻塞与非阻塞(2),2019/6/14,30/37,在Berkeley socket函数部分中，不涉及网络I/O、本地端工作的函数是非阻塞函数 在Berkeley socket函数部分中，网络I/O的函数是可阻塞函数，也就是它们可以阻塞执行，也可以不阻塞执行。这些函数都使用了一个socket，如果它们使用的socket是阻塞的，则这些函数是阻塞函数；如果它们使用的socket是非阻塞的，则这些函数是非阻塞函数。,并发服务器,2019/6/14,31/37,TCP服务器端(并发服务器),socket( ),bind( ),listen( ),accept( ),send( ),recv( ),close( ),fork( ) /派生新进程,close( ),主进程在accept之后派生新进程，然后主进程继续listen,处理新的连接请求 新进程自行和客户端通信，新进程和主进程抢占CPU,WinSock API,2019/6/14,32/37,WinSock是一个基于Socket模型的API，在Microsoft Windows操作系统类中使用。 它在Berkeley接口函数的基础之上，还增加了基于消息驱动机制的Windows扩展函数。 Winscok1.1只支持TCP/IP网络,WinSock2.0增加了对更多协议的支持。,Windows下的Socket编程(1),2019/6/14,33/37,和linux下基本相同，需要包含winsock2.h 需要使用Ws_32.lib，可以用以下语句通告程序编译时调用该库： #pragma comment(lib,“Ws2_32.lib“) ; WinSock以DLL的形式提供，在调用任何WinSock API之前，必须调用函数WSAStartup()进行初始化，最后，调用函数WSACleanUp()作清理工作。,Windows下的Socket编程(2),2019/6/14,34/37,WSADATA wsd; /设置WINSOCK的版本 WORD wVersionRequested=MAKEWORD(2,2); WSAStartup(wVersionRequested,Windows下的Socket编程(3),2019/6/14,35/37,MFC提供了两个类CAsyncSocket和CSocket来封装WinSock API，提供了更简单的网络编程接口。 CAsyncSocket在较低层次上封装了WinSock API，缺省情况下，使用该类创建的socket是非阻塞的socket，所有操