CH8_Socket编程.ppt

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1、设计、制作设计、制作：谭献海谭献海Email：socketsocket（套接字）套接字）Socket APInARPAnUC BerkeleynBSD unix/Berkeley unixnDe facto standardnExamplenServernClient一个本地主机建立或拥有的应用程序,操作系统控制下的,与其它(远程)应用进程之间发送和接收数据的接口socket通信协议应用程序接口（应用程序接口（APIs）-依赖于操作系统和编程语言UNIX：BerkeleySockets(C语言)SystemVTransportLayerInterface(TLI)（C语言）WINDOWS：WI

2、NSOCK客户端nsocket 是进行程序间通讯(IPC)的 BSD 方法。n客户将插头插入一个服务器端口n建立一个双向的连接管道服务器插口(port)socketsocket的抽象表示的抽象表示一些Socket编程的概念n流（Stream）n连接（Connection）n阻塞(Block)、非阻塞(Non-block)n同步(Synchronous)、异步(asynchronous)nIP地址(IP Address)n字节顺序（Bytes Order）n带外数据（Outband Data）需要用到的头文件n数据类型：#includen函数定义：#includeBerkeley Socket

3、常用函数列表n网络连接函数n获取/设置socket的参数或信息n转换函数网络连接函数nsocketnbindnconnectnlistennacceptnselectnrecv,recvfromnsend,sendtonclose,shutdown获取/设置socket的参数或信息ngethostbyaddr,gethostbynamengethostnamengetpeernamengetprotobyname,getprotobynumberngetservbyname,getservbyportngetsocknamengetsockopt,setsockoptnioctl转换函数nIP

4、地址转换ninet_addr()ninet_ntoa()n字节顺序转换nhtons()-Host to Network Shortnhtonl()-Host to Network Longnntohs()-Network to Host Shortnntohl()-Network to Host Longsocket address structures for socket address structures for Internet,XNS and Unix familiesInternet,XNS and Unix families Structsockaddr_inStructsoc

5、kaddr_usstructsockaddr_unFamily2-byte port 4-byte netid,hosted(unused)Family4-byte net ID6-byte host ID2-byte port(unused)FamilyPathname(up to 108 bytes)socket addressnThe family is one of nAF_UNIXUnix internal protocolsnAF_INETInternet protocolsnAF_NSXerox NS protocolsnAF_IMPLINKIMP link layern其中，A

6、F_ 代表“address family”nSocket地址的数据部分根据不同的地址类型来解释，常见的地址类型是internet、XNS和UNIX。n对于使用最多的INTERNET簇，其网络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数据结构：sockaddr_inInternet地址struct sockaddr_in short int sin_family;/*Address family*/unsigned short int sin_port;/*Port number*/*16-bit port number，network byte ordered*/struct

7、 in_addr sin_addr;/*Internet address*/*32-bit netid/hosted（IP）地址，network byte ordered*/unsigned char sin_zero 8;/*unused*/;该结构与sockaddr兼容，供用户填入参数程序中实际只填写sockaddr_in结构struct sockaddr_in my_addr;my_addr.sin_family=AF_INET;my_addr.sin_port=htons(3490);/*short,NBO*/my_addr.sin_addr.s_addr =inet_addr(132

8、.241.5.10);bzero(&(my_addr.sin_zero),8);注意：sin_addr.s_addr填本机IP地址，如果此项填INADDR_ANY时，表示自动取本机IP填入该项(仅用于Server)n创建一个socketnSocket描述符与Linux中的文件描述符类似，也是一个int型的变量n函数调用：nint socket(int family,int type,int protocol);n函数返回Socket描述符，返回-1表示出错nfamily参数一般取AF_INET,protocol参数一般取0n应用示例：nTCP：sockfd=socket(AF_INET,SOC

9、K_STREAM,0);nUDP：sockfd=socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0);socket()socket()调用调用“协议”与“family”及“type”域的可能组合 FamilyTypeProtocolAntualprotocolAF_INETAF_INETAF_INETAF_INETSOCK_DGRAMSOCK_STREAMSOCK_RAWSOCK_RAWIPPROTO_UDPIPPROTO_TCPIPPROTO_ICMPIPPROTO_RAWUDPTCPICMPIPAF_NSAF_NSAF_NSAF_NSSOCK_STREAMSOCK_SEQPACKETS

10、OCK_RAWSOCK_RAWNSPROTO_SPPNSPROTO_SPPNSPROTO_ERRORNSPROTO_RAWSPPSPPErrorProtocol(raw)n在服务器上运行,给socket指定一个众所周知的(well-known)端口地址nint bind(int sockfd,const struct sockaddr*myaddr,socklen_t addrlen)IP 地址+端口号bind()bind()调用调用 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。需要注意的一点：在Linux系统中

11、，1024以下的端口（即众所周知的端口）只有拥有root权限的程序才能绑定bind()bind()调用调用nnBind()系统调用主要用处：nA)服务员向系统注册它的众所周知的地址，它告诉系统：“这是我的地址(服务)，所有以这个地址接收的报文都交给我,由我来服务。”面向连接和无连接的服务员在接受顾客的请求之前都必须做这一步。nB)顾客可为它自己注册一个特定的地址,以便通信的对方（服务员）可以用这个有效的地址送回响应，这就像在信封上要写明回信地址的道理一样。n开始监听已经绑定的端口n需要在此前调用bind()函数，否则由系统指定一个随机的端口nint listen(int sockfd,int

12、queue_length);n接收队列n一个新的Client的连接请求先被放在接收队列中，等待Server程序调用accept函数接受该连接请求nqueue_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5listen()listen()调用调用操作系统Web 服务器2.bind(80)801.socket()3.listen()Listenqueue服务器初始化服务器初始化n建立与服务器的连接nint connect(int sockfd,const struct sockaddr*servad

13、dr,socklen_t addrlen)nservaddr是事先填写好的结构，用于指定所要连接的服务器的地址（Server的IP地址和端口号）。connect()connect()调用调用OS1.socket()Web 服务器2.bind(80)3.listen()80Listenqueue客户connect()Requestfrom(IP,port)建立与服务器的连接建立与服务器的连接操作系统Web 服务器80Listen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)服务器忙服务器忙accept()accept()naccept()函数用于响应客户的连接请求，建

14、立与客户端的连接n产生一个新的socket描述符来描述该连接n这个连接用来与发起该连接请求的Client交换信息nint accept(int sockfd,struct sockaddr*addr,int addrlen);naddr将在函数调用后被填入连接对方（客户端）的地址信息，如对方的IP、端口等。naccept缺省是阻塞函数，如果队列中没有连接请求等待，那么就会使调用方阻塞，直到有一个连接请求到达。操作系统Web 服务器80Listen队列客户 1客户3客户2客户请求在listen队列中夺取先进先出服务accept()已连接的socketaccept()accept()调用调用 ac

15、cept()accept()的使用的使用include include#include#include#include#include#define MYPORT 80/*the port users will be connecting to*/#define MYPORT 80/*the port users will be connecting to*/#define BACKLOG 5/*how many pending connections queue will#define BACKLOG 5/*how many pending connections queue will ho

16、ld*/main()int sockfd,new_fd;/*listen on sock_fd,new connection on new_fd*/struct sockaddr_in my_addr;/*my address information*/struct sockaddr_in their_addr;/*connectors address information*/int sin_size;sockfd=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);/*do some error checking!*/accept()accept()my_addr.sin_fami

17、ly=AF_INET;/*host byte order*/my_addr.sin_port=htons(MYPORT);/*short,network byte order*/my_addr.sin_addr.s_addr =INADDR_ANY;/*auto-fill with my IP*/bzero(&(my_addr.sin_zero),8);/*zero the rest of the struct*/*did you remember your error checking?*/bind(sockfd,(struct sockaddr*)&my_addr,sizeof(struc

18、t sockaddr);listen(sockfd,BACKLOG);sin_size=sizeof(struct sockaddr_in);new_fd=accept(sockfd,&their_addr,&sin_size);printf(”对方地址:%sn,inet_ntoa(their_addr.sin_addr);n服务器都可工作在两种不同的方式：n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。n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

19、定的客户进程做出响应。服务器的两种工作方式循环型服务员代码循环型服务员代码intsockfd,newsockfd;if(sockfd=socket()0)err_sys(“socketerror”);if(bind(sockfd,)0)err_sys(“binderror”);if(listen(sockfd,5)0)err_sys(“listenerror”);for(;)newsockfd=accept(sockfd,);/*blocks*/if(newsockfd0)err_sys(“accepterror”);doit(newsockfd);/*processtherequest*/c

20、lose(newsockfd);并发型服务员代码并发型服务员代码 intsockfd,newsockfd;if(sockfd=socket()0)err_sys(“socketerror”);if(bind(sockfd,)0)err_sys(“binderror”);if(listen(sockfd,5)0)err_sys(“listenerror”);for(;)newsockfd=accept(sockfd,);/*blocks*/if(newsockfd0)err_sys(“accepterror”);if(fork()=0)/*child*/close(sockfd);doit(ne

21、wsockfd);/*processtherequest*/exit(0);close(newsockfd);/*parent*/发送和接收发送和接收q在完成了上述的初始化工作后，就可以开始传输数据了。q面向连接的发送和接收面向连接的发送和接收:send()andrecv()q无连接协议的发送和接收：无连接协议的发送和接收：sendto()和和recvfrom()recv用于TCP协议中接收信息intrecv(intsockfd,void*buf,intlen,intflags);Buf：指向容纳接收信息的缓冲区的指针Len：接收缓冲区的大小Flags：接收标志（其含义将在后面介绍）函数返回实

22、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send用于TCP协议中发送信息int send(int sockfd,const void*msg,int len,int flags);nMsg：指向待发送信息的指针nLen：待发送的字节数nFlags：发送标志（其含义将在后面介绍）n函数返回已发送的字节数，返回-1表示出错nsend缺省是阻塞函数，直到发送完毕或出错n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recvfrom用于UDP协议中接收信息intrecvfrom(intsockfd,void*buf,intlen,un

23、signedintflagsstructsockaddr*from,int*fromlen);nBuf：指向容纳接收信息的缓冲区的指针nLen：缓冲区的大小nFlags：接收标志（其含义将在后面介绍）nFrom：指明接收数据的来源nFromlen：地址长度n函数返回实际接收的字节数，返回-1表示出错nrecvfrom是阻塞函数，直到接收到信息或出错sendto用于UDP协议中发送信息intsendto(intsockfd,constvoid*msg,intlen,unsignedintflags,conststructsockaddr*to,inttolen);nBuf：指向容纳发送报文的缓冲

24、区的指针nLen：缓冲区的大小nFlags：发送标志nTo：指明发送数据的目的地ntolen：地址长度n函数返回已发送的字节数，返回-1表示出错nsendto缺省是阻塞函数，直到发送完毕或出错n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send,sendto,recv,recvfrom函数调用的参数：flagsnFlags一般情况下设置为0。但可以选择下列设置nMSG_DONTROUTEn对send,sendto有效n表示不使用路由（一般不使用）nMSG_PEEKn对recv,recvfrom有效n表示读出网络数据后不清除已读的数据nMSG_OOBn对发送接收都有效

25、n表示读/写带外数据(out-of-band data)close关闭特定的socket连接调用函数：intclose(intsockfd);关闭连接将中断对该socket的读写操作。关闭用于listen()函数的socket将禁止其他Client的连接请求shutdownnShutdown()函数可以单方面的中断连接，即禁止某个方向的信息传递。n函数调用nint shutdown(int sockfd,int how);n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，与close()函数效果相同n返回0表示调用成功，返回-1表示出错select应用于多路同步I/O模式，

26、实现非阻塞的同步I/Ointselect(intnumfds,fd_set*readfds,fd_set*writefds,fd_set*exceptfds,structtimeval*timeout);nnumfds是要多路选择的socket的最大值n其中readfds,writefds,exceptfds都是socket事件集合，分别代表有数据可读、有数据要写、发生异常的socket集合。ntimeout是select的时间限制n返回值：在socket集合中准备好的socket个数socket集合n集合变量类型：fd_set n集合变量运算宏：nFD_ZERO(*set)清空socket集

27、合nFD_SET(s,*set)将s加入socket集合nFD_CLR(s,*set)从socket集合去掉snFD_ISSET(s,*set)判断s是否在socket集合中n常数FD_SETSIZE：集合元素的最多个数Select应用举例fd_set rset;/*可读的socket集合*/FD_ZERO(&rset);/*清空rset集合*/FD_SET(sockfd,rset);/*将sockfd 加入rset集合*/nready=select(maxfd+1,&rset,null,null,null);/*maxfd是已知的最大的socket*/*只考虑数据可读事件*/if(FD_IS

28、SET(sockfd,&rset)其他基本的系统调用其他基本的系统调用 ngetpeernamegetpeername()()n如果想知道是谁正在和你连接，可使用系统调用getpeername，该系统调用返回和给定管套相连的对方对等层地址和端口号。-#include n#include int getpeername(int sockfd,struct sockaddr*peer,int*addrlen);-其中，参数peer是一个指向struct sockaddr或者struct sockaddr_in的指针。如果执行成功，我们就得到了对方的地址和端口号，然后用inet_ntoa()和get

29、hostbyaddr()来得到对方更多的信息。其他基本的系统调用其他基本的系统调用ngetsocknamegetsocknamen该系统调用返回和一个管套相联系的本地名字 n-n#include n#include int getsockname(int sockfd,struct sockaddr*addr,int*addrlen);n-addr用来存放返回的本地地址；addrlen存放的是返回的地址的长度。其他基本的系统调用其他基本的系统调用n系统调用系统调用 gethostname()-#include int gethostname(char*hostname,size_t size)

30、;-hostname是一个存放主机名字（域名）的字符数组 返回的hostname可以作为gethostbyname()的参数，调用该系统调用，这样又可以得到自己的IP地址了。其他基本的系统调用其他基本的系统调用n字节排序字节排序n在字节顺序不一致时可以用下列的在字节顺序不一致时可以用下列的4 4中函数来进行转换。中函数来进行转换。n#include include n#include#include nnu_long u_long htonl(u_longhtonl(u_long hostlonghostlong););/*/*主机主机网络转换，长整数网络转换，长整数*/nu_short u_

31、short htons(u_longhtons(u_long hostlonghostlong););/*/*主机主机网络转换，短整数网络转换，短整数*/nu_long u_long ntohl(u_longntohl(u_long hostlonghostlong););/*/*网络网络主机转换，长整数主机转换，长整数*/nu_chortu_chort ntohs(u_longntohs(u_long hostlonghostlong););/*/*网络网络主机转换，短整数主机转换，短整数*/n这些函数是为internet协议集而设计的，XNS协议集采用的字节顺序与internet相同，故可

32、以借用。值得注意的是，这里的长整数为长整数为32位，短整数为位，短整数为16位位。其他基本的系统调用其他基本的系统调用n字节操作字节操作nBcopy(char*src,char*dest,int nbytes);字符串拷贝nBzero(char*dest,int nbytes);把指定数量的空字节写入指定的目的地址。nInt bcmp(char*ptr1,char*ptr2,int nbytes);对任意两个字符串进行比较。返回值（与标准I/O函数strcmp的返回值不同）：0-相同 非零-不相同。其他基本的系统调用其他基本的系统调用nIP地址格式转换地址格式转换下列两个函数用于在Intern

33、et的用小数点分隔的十进制IP地址与32比特IP地址之间进行转换。#include#include#include unsigned long inet_addr(const char*cp);inet_addr将一个点分十进制IP地址字符串转换成32位数字表示的IP地址char*inet_ntoa(struct in_addr in);inet_ntoa将一个32位数字表示的IP地址转换成点分十进制IP地址字符串其他基本的系统调用其他基本的系统调用n有关有关socketsocket选项的系统调用选项的系统调用n#include#include n#include#include nninti

34、nt setsockopt(intsetsockopt(int sockfd,intsockfd,int level,intlevel,int optname,charoptname,char*optval,intoptval,int optlenoptlen););nintint getsockopt(intgetsockopt(int sockfd,intsockfd,int level,intlevel,int optname,charoptname,char*optval,intoptval,int optlenoptlen););nn其中sockfd变元是一个套接字描述符，level

35、指定由系统中哪一个程序（通用管套程序、TCP/IP程序、还是XNS程序等）来解释选择项。有些选项因协议而异，有些则对所有管套都适用。n Optname是选择项的名字，optval是一个取或存放选择项的指针（缓冲区），optlen指定缓冲区的长度。其他基本的系统调用其他基本的系统调用n例如：例如：optlenoptlen=sizeof(maxsegsizeof(maxseg););nIf(If(getsockoptgetsockopt(sockfd,IPPROTO_TCP,TCP_MAXSEG,(char(sockfd,IPPROTO_TCP,TCP_MAXSEG,(char *)&*)&max

36、seg,&optlenmaxseg,&optlen)0)0)n err_sys(“TCP_MAXSEG err_sys(“TCP_MAXSEG getsockoptgetsockopt error”);error”);nprintf(“TCPprintf(“TCP maxsegmaxseg=%=%dn”,maxsegdn”,maxseg););nnsendbuffsendbuff=16384;=16384;nif(if(setsockoptsetsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(char(sockfd,SOL_SOCKET,SO_SNDBUF,(char

37、 *)&*)&maxseg,sizeof(sendbuffmaxseg,sizeof(sendbuff)0)0)nerr_sys(“SO_SNDBUF setsockopt error”);n下表为下表为 getsockopt和和setsockopt的选择项的选择项 级名字getset描述数据类型IPPROTO_IPIP_OPTIONS。IP报头中的选择项IPPROTO_TCPTCP_MAXSEGTCP_NODELAY。获取TCP最大段长度不推迟发送联合分组intintNSPROTO_SPPSO_HEADERS_ON_INPUTSO_HEADERS_ON_OUTPUTSP_DEFAULT_HE

38、ADERSSO_LAST_HEADERSO_MTU。在输入时传送SPP报头在输出时传送SPP报头为输出包设置缺省SPP报头取出上一个SPP报头SPP MTU值IntIntS_sphdrS_sphdrU_shoutNSPROTO_PESO_SEQNO。产生与众不同的PEXIDLongNSPROTO_RAWSO_HEADERS_ON_INPUTSO_HEADERS_ON_OUTPUTSP_DEFAULT_HEADERSSO_ALL_PACKETSSO_NSIP_ROUTE。在输入时传送IDP报头在输出时传送IDP报头为输出包设置缺省IDP报头把所有的IDP包送给用户为XNS指定IP路由IntInt

39、S_idpIntS_nsip_repSOL_SOCKETSO_BROADCASTSO_DEBUGSO_DONTROUTESO_ERRORSO_KEEPACTIVESO_LENGERSO_OOBINLINESO_RCVBUFSO_SNDBUFSO_RCVLOWATSO_SNDLOWATSO_RCVTIMEOSO_SNDTIMEOSO_REUSEADDRSO_TYPESO_USELOOPBACK。允许发送广播报文查错信息记录只用接口地址取出出错状态并清除保持连接如有数据，延迟关闭将收到的加急数据存入队列接收缓存长度发送缓存长度接收低水标志发送低水标志接收超时发送超时允许重新使用本地地址获取管套类型

40、可能时旁路硬件IntIntIntIntIntS_lingerIntIntIntIntIntIntIntintLeveloptname说明SOL_SOCKETSO_BROADCAST允许广播SO_SNDBUF发送缓冲区大小SO_TYPE获得套接字类型IPPROTO_IPIP_OPTIONSIP头部选项IP_TTLIP头部TTL字段IPPROTO_TCPTCP_MAXRTTCP最大重发时间最重要的选择项创建一个新创建一个新的通信端点的通信端点将一个本地地将一个本地地址关联到一个址关联到一个套接字上套接字上宣布愿意接宣布愿意接受连接；给受连接；给出队列大小出队列大小发送发送/接收数接收数据据释放连接

41、释放连接阻塞，直到有阻塞，直到有人企图连接上人企图连接上来来创建一个新的创建一个新的通信端点通信端点主动尝试建立主动尝试建立一个连接一个连接发送发送/接收接收数据数据释放连接释放连接socket（）（）bind（）（）listen（）（）accept（）（）socket（）（）write（）（）/read（）（）close（）（）connect（）（）write（）（）/read（）（）close（）（）Using socket calls in a program服服 务务 器器 s so o c ck ke et t()b bi in nd d()r re ec cv vf fr ro o

42、 m m()s se en nd dt to o()阻阻 塞塞，等等 待待 客客 户户 数数 据据处处 理理 服服 务务 请请 求求 s so o c ck ke et t()b bi in nd d()s se en nd dt to o()r re ec cv vf fr ro o m m()客客 户户 机机服服 务务 请请 求求服服 务务 应应 答答图图 无无连连接接套套接接口口应应用用程程序序时时序序图图 c cl lo o s se e()c cl lo o s se e()数据报服务数据报服务SOCKET编程实例n见linux_socket编程实例讲稿思考题n了解常用程序设计语言（VB，VC，C+，Delphi等）提供了那些SOCKET通信编程接口。ThankYou!Thanks！