Socket网络编程-.pdf

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1、湖北工业大学计算机学院网络协议分析器Ethereal 实验指导书网络工程系2012 年编制1 实验五 Socket 网络编程一、实验目的和要求?1、理解进程通信的原理及通信过程；?2、掌握基本的网络编程方法二、实验内容1、学习 SOCKET 编程的基本方法；2、学习应用C语言与 WinSock2 进行简单的无连接的网络程序设计，实现网络数据传输；3、学习应用C语言与 WinSock2 进行简单的面向连接的网络程序设计，实现网络数据传输。三、实验设备PC机、VC 四、背景知识1、关于使用套接字编程的一些基本概念（1）半相关网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程：（协议，本地地址，本地端口号

2、）。这样一个三元组，叫做一个半相关（half-association），它指定连接的每半部分。（2）全相关一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通信的一端用TCP协议，而另一端用UDP协议。因此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）。这样一个五元组，叫做一个全相关（association），即两个协议相同的半相关才能组合成一个全相关。（3）TCP/IP 协议的地址结构为：struct sockaddr_in short sin_family;/*AF_INET*/u_short sin_por

3、t;/*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*/（4）套接字类型TCP/IP 的 socket提供下列三种类型套接字：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、无重复地发送，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。文件传送协议（FTP）即使用流式套接字。数据报式套接字（SOCK_DGRAM）湖北工业大学计算机学院网络协议分析器Ethereal 实验指导书网络工程系2012 年编制2 提供了一

4、个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。原始式套接字（SOCK_RAW）该接口允许对较低层协议，如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。（5）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。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 socket(int af,int type,int protocol);该调用

5、要接收三个参数：af、type、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，它是网际网区域。因此，地址族与协议族相同。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，使用默认的连接模式。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。因此，socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元。指定本地地址bind()当一个套接字用so

6、cket()创建后，存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind()将套接字地址（包括本地主机地址和本地端口地址）与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字，以指定本地半相关。其调用格式如下：int bind(SOCKET s,const struct sockaddr FAR*name,int namelen);参数 s 是由 socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数 name 是赋给套接字s 的本地地址（名字），其长度可变，结构随通信域的不同而不同。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SOCKE

7、T_ERROR。地址在建立套接字通信过程中起着重要作用，作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必须有明确认识。建立套接字连接connect()与 accept()这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立，其中connect()用于建立连接。无连接的套接字进程也可以调用connect()，但这时在进程之间没有实际的报文交换，调用将从本地操作系统直接返回。这样做的优点是程序员不必为每一数据指定目的地址，而且如果收到的一个数据报，其目的端口未与任何套接字建立“连接”，便能判断该端口不可操作。而accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。connect()的调用格式如下：int co

8、nnect(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指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen 说明。如果没有错误发生，connect()返回 0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中，该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。湖北工业大学计算机学院网络协议分析器Ethereal 实验指导书网络工程系2012 年编制3 由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中，并通过 socket()调用与某个协议族相关。因此 bind

9、()和 connect()无须协议作为参数。accept()的调用格式如下：SOCKET 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。addr 的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度（字节数）。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_SOCKE

10、T。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

11、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，它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。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。以上讨论仅对客户/服务器模式而言，实际上套接字的使用是非常灵活的，唯一需遵循的原则是进程通信之前，必须建立完整的相关。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。list

12、en()需在 accept()之前调用，其调用格式如下：int 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。listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s 完成所必须的连接，并建立长度为backlog的请求连接队列。调用 listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流

13、套接字，且调用bind()给 s 赋于一个名字之后调用，而且一定要在accept()之前调用。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()。send()调用用于在参数s 指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据，格式如下：int 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

14、共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。湖北工业大学计算机学院网络协议分析器Ethereal 实验指导书网络工程系2012 年编制4 recv()调用用于在参数s 指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式如下：int 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。输入/输

15、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 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

16、，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。关闭套接字closesocket()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。clo

17、sesocket()的调用格式如下：BOOL 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。2、用于无连接协议（如UDP）的 SOCKET 系统调用流程框图Socket()B ind()recvfrom()等 待 来 自 客 户 的数 据数据 处 理sendto()recvfrom()sendto()Bind()Socket()服 务 器客 户湖北工业大学计算机学院网络协议分析器Ethereal 实验指导书网络工程系2012 年编制5 3、用于面向连接协议（如TCP）的 SO

18、CKET 系统调用流程框图Socket()B ind()Listen()等 待 客 户 的 连 接 请 求数 据 处 理send()recv()send()Connect()Socket()服 务 器客 户A ccept()recv()连 接 请 求数 据 请 求数 据 回 答五、实验步骤服务器端编程的步骤：1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket()；2：绑定套接字到一个IP 地址和一个端口上(bind()；3：将套接字设置为监听模式等待连接请求(listen()；4：请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept()；5：用返回的套接

19、字和客户端进行通信(send()/recv()；6：返回，等待另一连接请求；7：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup()。服务器端代码如下：#include#include void main()WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;int err;湖北工业大学计算机学院网络协议分析器Ethereal 实验指导书网络工程系2012 年编制6 wVersionRequested=MAKEWORD(1,1);err=WSAStartup(wVersionRequested,&wsaData);if(err!=0)r

20、eturn;if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!=1|HIBYTE(wsaData.wVersion)!=1)WSACleanup();return;SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);SOCKADDR_IN addrSrv;addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);addrSrv.sin_family=AF_INET;addrSrv.sin_port=htons(6000);bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADD

21、R);listen(sockSrv,5);SOCKADDR_IN addrClient;int len=sizeof(SOCKADDR);while(1)SOCKET sockConn=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrClient,&len);char sendBuf50;sprintf(sendBuf,Welcome%s to here!,inet_ntoa(addrClient.sin_addr);湖北工业大学计算机学院网络协议分析器Ethereal 实验指导书网络工程系2012 年编制7 send(sockConn,sendBuf,strlen(sendBu

22、f)+1,0);char recvBuf50;recv(sockConn,recvBuf,50,0);printf(%sn,recvBuf);closesocket(sockConn);客户端编程的步骤：1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket()；2：向服务器发出连接请求(connect()；3：和服务器端进行通信(send()/recv()；4：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup()。客户端的代码如下：#include#include void main()WORD wVersionRequested;WSADATA

23、 wsaData;int err;wVersionRequested=MAKEWORD(1,1);err=WSAStartup(wVersionRequested,&wsaData);if(err!=0)return;if(LOBYTE(wsaData.wVersion)!=1|湖北工业大学计算机学院网络协议分析器Ethereal 实验指导书网络工程系2012 年编制8 HIBYTE(wsaData.wVersion)!=1)WSACleanup();return;SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);SOCKADDR_IN addrS

24、rv;addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr(127.0.0.1);addrSrv.sin_family=AF_INET;addrSrv.sin_port=htons(6000);connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR);send(sockClient,hello,strlen(hello)+1,0);char recvBuf50;recv(sockClient,recvBuf,50,0);printf(%sn,recvBuf);closesocket(sockClient);WSACleanup();六、思考题Q1.在客户/服务器模型当中，客户进程的端口号和服务器进程的端口号都是由程序给出说明的吗？为什么？Q2.在 TCP/IP 网络中，当客户与服务员进程建立了一条TCP连接以后，是否属于该连接的所有包都是经过同一路径（即一条虚电路）传递的？为什么？