Unix02_UNIX网络编程介绍.doc

UNIX网络编程入门 Unix是计算机使用的主流操作系统之一,TCP/IP是广为应用的互 连网协议,Unix为TCP/I P网络编程提供了一种网络进程通信机制:套 接字接口(Sockets Interface)。本文将介绍Un ix环境下套接字的基 本概念及编程技术,并结合实例说明在Unix下如何用套接字实现客户 机/服务器方式的进程通信。 一、套接字简介 套接字(Socket)是网络通信的基本操作单元,它提供了不同主机 间进程双向通信的端点,这些进程在通信前各自建立一个Socket,并通 过对Socket的读/写操作实现网络通信功能。 套接字分为以下3种类型。 1.字节流套接字 这是最常用的套接字类型,TCP/IP协议簇中的TCP(Transport Con trol Protocol)协议使用此类接口,它提供面向连接的(建立虚电路) 、无差错的、发送先后顺序一致的、包长度不限和非重复的网络信包 传输。 2.数据报套接字 TCP/IP协议族中的UDP(User Datagram Protocol)协议使用此类 接口,它是无连接的服务,以独立的信包进行网络传输,信包最大长度 为32KB,传输不保证顺序性、可靠性和无重复性,它通常用于单个报文 传输或可靠性不重要的场合。 3.原始数据报套接字 提供对网络下层通讯协议(如IP协议)的直接访问,它一般不是提 供给普通用户的,主要用于开发新的协议或用于提取协议较隐蔽的功 能。 二、套接字系统调用 附表是Unix中套接字系统调用的简单说明。 附表 三、套接字编程方法 这里将分别介绍面向连接协议的字节流套接字与非连接协议的数 据报套接字的编程方法,因原始数据报套接字在实际工作中使用较少, 在此不作讨论。 不论何种套接字编程均采用客户机/服务器的协作模式,即由客户 进程向服务器进程发出请求,服务器进程执行被请求的任务并将结果 返回给客户进程。 字节流套接字的服务进程和客户进程在通信前必须建立连接。建 立连接及通信的步骤见图1。 1.服务进程首先调用Socket()创建一个字节流套接字,并调用bin d()将服务器地址捆扎在该套接字上,接着调用listen()监听连接请求 ,随后调用accept()做好与客户进程建立连接的准备,无连接请求时, 服务进程被阻塞; 2.客户进程调用Socket()创建字节流套接字,然后调用connect() 向服务进程发出连接请求; 3.当连接请求到来后,服务进程被唤醒,生成一个新的字节流套接 字,并用新套接字同客户进程的套接字建立连接,而服务进程最早生成 的套接字则继续用于监听网络上的服务请求 4.服务进程和客户进程通过调用read()和write()交换数据; 5.服务进程和客户进程通过调用close()撤消套接字并中断连接 。图1 面向连接协议的字节流套接字系统调用 图2 非连接协议的报套接字系统调用 数据套接字的服务进程客户进程通信前不必建立连接, 通信的步 骤见图2。 1.服务进程首先调用Socket()创建一个数据套接字,并调用bind( )将服务器地址捆扎在该套接字上,然后调用recvfrom()等待客户进程 发来的请求; 2.客户进程在调用Socket()创建一个数据报套接字后,调用bind( )将客户机地址捆扎在此套接字上,接着调用sendto()向服务进程发送 请求,然后调用recvfrom()等待服务进程返回该请求的处理结果; 3.服务进程在执行客户进程所请求的任务后,调用sendto()将处 理结果返回给客户进程 4.服务进程和客户进程通过调用close()撤消套接字。 UNIX网络编程入门之二 UNIX网络编程入门 四、套接字编程示例 下面给出一个运用字节流套接字在TCP/IP网络上实现客户机/服 务器方式进程通信的实例。 在此例中,服务进程先于客户进程运行,当双方建立连接后,服务 进程通过该连接向客户进程不断发送一个连续增长的序列数,客户进 程每接收到50个序列数就在屏幕上显示一个.,显示至20个点后换 行,直至任意一方进程被中断为止。 /*server.c*/ # include # include # include # include # include main() int sock,namelen,seq,netint; struct sockaddr-in server; /存服务器的internet地址 char msgsock; char buf1024; /创建internet域的TCP协议的字节流套接字 sock=socket(AF-INET,SOCK-STREAM,IPPROTO-TCP); if(sock # include # include # include # include main(argc,argv) int argc; char *argv; int sock,myseq,recvseq; struct sockaddr-in server;/存服务器的internet地址 struct hostcnt *h;/存主机信息 /命令行必须跟参数:服务器的主机名,该主机 /必须在/etc/hosts文件中定义,例如: / 1 hp486 if(argc!=2) printf(Usage:%s servernamen,argv0; exit(1); /创建internet域TCP协议的字节流套接字 sock=socket(AF-INET,SOCK-STREAM,IPPROTO-TCP); if(sockh-addr,&server.sinaddr,h-length); server.sinport=htons(1032); /填入公认的服务端口号与服 务进程建立连接if(connect(sock,&server,sizeof(server)UNIX网络编程入门之三 UNIX网络编程入门 五、结束语 虽然Sockets最早是作为BSD规范提出来的,并已成为Unix操作系 统下TCP/IP网络编程标准,但是,随着网络技术的不断进步,Sockets的 应用范围已不再局限于Unix操作系统和TCP/I P网络。目前,Windows 、Windows NT、Windows 95、OS/2、Sun OS、Netware等诸多的操作 系统都开始提供套接字接口,它们在兼容4.3BSD Unix Sockets的基础 上附加了一些适应自身操作系统特性的扩充内容,这些新版的Sockets 以操作系统内置或外挂的形式提供给程序员。W insock (Windows So ckets)便是一个用于Windows系列操作系统的Sockets版本。同时,套 接字所支持的网络协议种类也不断增加,例如,Winsock不仅支持TCP/U DP协议,而且支持IPX/SP X、AppleTalk、Decnet、NetBEUI等网络协 议,Netware的套接字支持TCP/UDP及IPX/SPX协议。另外,套接字还增 加了非C语言支持:如C+、BASIC、Pascal等。 由此可见,Sockets的开放性能正逐步完善,可以说已经成为网络 编程的通用接口,有了这个强有力的工具,我们可以构造任意跨操作系 统、跨网络协议的分布式处理系统。UNIX编程进阶 进 入 九 十 年 代 后， 随 着 计 算 机 和 网 络 技 术 的 发 展， 很 多 数 据 处 理 系 统 都 采 用 开 放 系 统 结 构 的 客 户 机/ 服 务 器 网 络 模 式， 即 客 户 机 提 出 任 务 请 求， 通 过 网 络 发 送 给 服 务 器， 由 服 务 器 做 相 应 处 理， 执 行 被 请 求 的 任 务， 然 后 将 结 果 返 回 给 客 户 机。 例 如： 银 行ATM 的 前 置 机 和 数 据 处 理 的 主 机 之 间 即 构 成 客 户 机/ 服 务 器 网 络 模 式； 电 话 银 行 的 前 置 机 和 银 行 数 据 处 理 机 之 间 也 构 成 这 种 网 络 模 式 结 构 等。 这 样， 如 何 在 前 置 机 和 数 据 主 机 之 间 进 行 信 息 交 换， 即 进 程 网 络 通 信， 就 成 为 实 现 这 种 网 络 模 式 的 基 础。 而TCP/IP 的 套 接 字 技 术 是 解 这 一 问 题 的 有 力 工 具。 它 从 提 出 时 就 一 直 发 挥 着 愈 来 愈 重 要 的 作 用， 并 已 成 为UNIX 操 作 系 统 下TCP/IP 网 络 编 程 标 准； 甚 至WINDOW、JAVA 都 配 有 它 的 通 用 接 口。 有 了 这 个 强 有 力 的 工 具， 我 们 可 以 实 现 异 种 机、 异 种 操 作 系 统 应 用 程 序 间 的 相 互 连 接 和 通 信。 套 接 字（sockets） 是 支 持TCP/IP 协 议 的 网 络 通 信 的 基 本 操 作 单 元。 可 以 将 套 接 字 看 作 不 同 主 机 间 的 进 程 进 行 双 向 通 信 的 端 点。 它 构 成 了 在 单 个 主 机 内 及 整 个 网 际 间 的 编 程 界 面。 一 般 来 说， 跨 机 应 用 进 程 之 间 要 在 网 络 环 境 下 进 行 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UNIX 系 统 中 的I/O 概 念， 像 文 件 那 样 有 打 开、 读、 写、 关 闭 的 方 式。 根 据 传 输 数 据 类 型 的 不 同， 套 按 字 可 分 为 面 向 连 接 的 数 据 套 接 字（stream sockets） 和 无 连 接 的 数 据 报 套 接 字（datagram sockets） 两 种 类 型。 1、 字 节 流 套 接 字 字 节 流 不 按 记 录 定 界， 在TCP/IP 协 议 簇 中 对 应TCP 协 议， 即 传 输 控 制 协 议（Transmition Control Protocol）。 它 是 一 个 提 供 给 用 户 进 程 可 靠 的 全 双 工 的 面 向 连 接 的 协 议， 大 多 数INTERNET 应 用 程 序 如ftp、telnet 使 用TCP 协 议。 通 信 端 点 使 用TCP 对 应 的INTERNET 地 址 互 相 连 接， 可 保 证 按 正 确 的 顺 序 以 及 单 一 和 可 靠 的 地 址 传 输 数 据。 由 于 它 是 字 节 流， 所 以 包 长 包 没 有 限 制， 信 包 传 输 也 不 重 复， 因 而 是 一 种 常 用 的 套 接 字 类 型。 2、 数 据 报 套 接 字 数 据 报 对 应 记 录 型 数 据 流， 在TCP/IP 协 议 簇 中 对 应UDP 协 议， 即 用 户 数 据 报 协 议（User Datagram Protocol）。 利 用 数 据 报 服 务 可 实 现 一 些 简 单 的 网 络 服 务， 如 网 点 检 测 程 序PING。 由 于 不 建 立 连 接， 数 据 报 协 议 比 连 接 协 议 快。 但 不 能 保 证 所 有 数 据 都 准 确 有 序 地 到 达 目 的 地。 不 保 证 顺 序 性、 可 靠 性 和 无 重 复 性。 它 是 无 连 接 的 服 务， 以 独 立 的 信 包 进 行 传 输， 通 信 端 点 使 用UDP 对 应 的INTERNET 地 址。 双 方 不 需 互 连， 按 固 定 的 最 大 长 度 进 行 传 输， 因 而 适 用 于 单 个 报 文 传 输， 或 较 小 文 件 的 传 输。 套 接 字 的 编 程 要 点 及 和 过 程 不 论 何 种 套 接 字 编 程， 均 采 用 客 户 机/ 服 务 器 方 式， 其 运 作 过 程 基 本 类 似， 限 于 篇 幅， 这 里 仅 介 绍 字 节 流 套 接 字。 字 节 流 套 按 字 的 服 务 进 程 和 客 户 进 程， 在 通 信 前 必 须 创 建 各 自 的 套 接 字 以 建 立 连 接， 然 后 对 相 应 的 套 接 字 进 行“ 读”、“ 写” 操 作， 实 现 信 息 的 交 换。 1.服 务 器 进 程 创 建 套 接 字。 服 务 进 程 总 是 先 于 客 户 进 程 启 动， 服 务 进 程 首 先 调 用socket() 函 数 创 建 自 已 端 的 一 个 字 节 流 套 接 字， 并 提 供 三 个 参 数： 网 络 地 址 类 型， 一 般 取AF_INEF（Adress family InterNET）； 套 接 字 类 型， 这 里 取SOCK_STREAM； 网 络 协 议， 缺 省 为TCP/IP 协 议， 对 应 参 数 为0。 2.给 套 接 字 地 址 变 量 赋 初 值。 在 生 成 套 接 字 后， 要 用 服 务 器 的 地 址 先 对sockaddr_in 结 构 变 量 赋 初 值。sockaddr_in 在/usr/include/netinet/in.h 中 有 定 义， 它 只 适 用 于INTERNET 地 址 类 型， 含 有INTERNET 套 接 字 地 址 类 型、IP 端 口 号、IP 地 址 等 信 息。 地 址 类 型 可 取 定 为AF_INET，IP 地 址 对 服 务 器 可 取 任 意 合 法 地 址INADDR_ANY。IP 端 口 号 可 由 用 户 设 定， 但 要 注 意 主 机 字 节 顺 序 向 网 络 字 节 顺 序 的 转 换。 3.给 套 接 字 命 名。 由socket() 函 数 创 建 的 套 接 字 是 没 有 名 字 的。 所 谓 命 名， 就 是 用bind() 函 数 将 服 务 器 地 址 捆 绑 到 创 建 的 套 接 字 上。 4.服 务 器 进 程 准 备 接 受 来 自 客 户 机 的 连 接 请 求。 首 先 调 用listen() 函 数， 让 服 务 器 进 程 进 入 监 听 状 态； 然 后 调 用accept() 函 数， 准 备 接 受 客 户 机 的 连 接 信 号。 无 连 接 请 求 时， 服 务 进 程 被 阻 塞。 5.客 户 进 程 调 用socket() 函 数 创 建 已 端 的 套 接 字。 6.给 客 户 端 的sockaddr_in 结 构 体 变 量 赋 值。 地 址 类 型 仍 可 取AF_INET， 端 口 号 和 服 务 器 方 的 端 口 号 相 同， 欲 连 服 务 器 的 地 址 通 过 调 用inet_addr() 转 换 得 到。 也 可 通 过gethostbyname() 函 数 将 名 字 转 换 为 指 向hostent 结 构 变 量 的 指 针， 再 将hostent 结 构 变 量 的 地 址 成 员 用bcopy() 复 制 到sockaddr_in 结 构 变 量 上。 7.客 户 方 调 用connect() 函 数 向 服 务 进 程 发 出 连 接 请 求。 8.当 连 接 请 求 到 来 后， 被 阻 塞 服 务 进 程 的accpet() 函 数 生 成 一 个 新 的 字 节 流 套 接 字， 并 返 回 客 户 机 的sockaddr_in 结 构 变 量， 从 而 在 服 务 器 应 用 程 序 中 用 新 的 被 赋 予 客 户 机 地 址 的 套 接 字 同 客 户 进 程 进 行 连 接， 然 后 向 客 户 方 返 回 接 受 信 号。 9.一 旦 客 户 机 的 套 接 字 收 到 来 自 服 务 器 的 接 受 信 号， 则 表 示 客 户 机 与 服 务 器 双 方 已 实 现 连 接。 任 一 方 均 可 向 对 方 发 送， 也 可 接 收 对 方 发 来 的 数 据。 这 既 可 通 过send()、recv() 函 数 来 实 现。 也 可 通 过read()、write() 函 数 来 交 换 数 据。 10.服 务 进 程 和 客 户 进 程 可 通 过 调 用shutdown() 和colse() 关 闭 套 接 字 上 的 所 有 发 送 和 接 收 操 作， 撤 销 套 接 字 并 中 断 连 接。 上 述 所 有 系 统 函 数 均 包 括 在libsocket.a 系 统 库 中，IBM PC（UNIX） 操 作 系 统 编 译 时 需 加-llibsocket 链 接。IBM RS/6000(AIX) 操 作 系 统 统 编 译 时 无 需 此 参 数。 编 程 示 例 本 文 给 出 一 个 运 用 字 节 流 套 接 字， 在TCP/IP 网 络 上 实 现 客 户 机/ 服 务 器 方 式 进 程 通 信 的 实 例， 该 程 序 在IBM RS/6000 小 型 机 和IBM PC 586 微 机 上 调 试 通 过。 它 主 要 模 拟 根 据 帐 号 查 询 余 额 的 过 程， 客 户 机 是 一 台 电 话 银 行 的 前 置 机（IBM PC）， 服 务 器 是 银 行 数 据 处 理 主 机（IBM RS/6000）， 包 括 三 方 面： 1.客 户 机 从 标 准 输 入 读 入 帐 号， 并 将 该 帐 号 发 送 给 服 务 器。 2.服 务 器 接 收 该 帐 号 后， 进 行 判 断 是 否 有 此 帐 号 的 数 据， 并 将 结 果 返 回 给 客 户 机。 3.客 户 机 接 收 返 回 的 信 息， 并 将 结 果 输 出 在 标 准 输 出 上。 服 务 进 程 需 先 于 客 户 进 程 启 动。 客 户 进 程 启 动 时 要 携 带 服 务 器 的IP 地 址， 如：clientpros 在UNIX 操 作 系 统 下 可 用Doscp 命 名 拷 入 硬 盘； 编 译 时 用： cc hxserver.c -lsocket -0 server cc hxclient.c -lsocket -0 client 在AIX 操 作 系 统 下 可 用Dosread 命 名 拷 入 硬 盘， 编 译 时 用： cc hxserver.c -0 server cc hxclient.c -0 client /*服务器端程序：hxserver.c*/ #include #include #include #include #include tcpipop.c main() int newsockfd, sockfd; int clilen; struct sockaddr_in cli_addr, serv_addr; char info100; int infolen; int rc; if (sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) 0)/*创建TCP协议的字节流*/ fprintf(stderr, Socket failed !n); return(-1); bzero(char *)&serv_addr, sizeof(serv_addr);/*服务器地址清0*/ serv_addr.sin_family = AF_INET;/*网络类型使用ARPA internet地址*/ serv_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); /*IP地址取公认的任意合法地址*/ serv_addr.sin_port = htons(1234); /*设定IP端口号, 并将主机字节顺序转换为网络字节顺序*/ if ( bind(sockfd, (struct sockaddr *)&serv_addr, sizeof(serv_addr) 0 ) /*将服务器地址信息捆绑到创建的套接字上*/ fprintf(stderr, Bind failed !n); return(-1); if ( listen(sockfd, 5) 0 )/*建立长度为5的监听队列从套接字上收听连接请求*/ fprintf(stderr, Listen failed !n); return(-1); fprintf(stderr, blocked here.n); clilen = sizeof(cli_addr); /*阻塞至客户方有连接请求到来*/ newsockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&cli_addr, &clilen); /*有连接请求时, 返回被赋予客户机地址的新套接字, 连接已建立*/ fprintf(stderr, connected now!n); if ( newsockfd = 10 ) exit(-1); /*此时连接已建立, 可通过对套接字的读写实现通信*/ memset(&data,0,sizeof(data); printf(enter account no