SOCKET编程

Ø

SOCKET编程

SOCKET编程实例

ARPA网是我们熟知的Internet的前身

在ARPA网发展的同时,UNIX也在迅速发展,加州大学Berkeley分校开发出具有自己风格的UNIX,我们通常称之为BSD

受美国政府委托，加州大学Berkeley分校在BSD内实现针对于TCP/IP协议应用程序编程接口，即socket

网络间通信要解决的是不同主机进程间的通信.

需要解决的首要问题是网络间进程标识问题

以及多重协议的识别问题

20世纪80年代初，在系统内实现了TCP/IP协议的4.1BSD和4.2BSD被相继开发出来

随着UNIX操作系统的广泛应用，socket成为最流行的网络通信应用程序的开发接口

Socket(套接字)是BSD提供的网络应用编程界面,现在它已经是网络编程中的标准

Socket是一种特殊的进程间通信方式,不同机器上的进程都可以使用这种方式进行通信

网络中的数据传输是一种I/O操作

Socket也是一种文件描述符，它代表了一个通信管道的一个端点

read,write,close操作可应用于Socket描述符

在socket类型的文件描述符上，可以完成建立连接,数据传输等操作

常用的Socket类型有两种

流式Socket-SOCK_STREAM，提供面向连接的Socket

数据报式Socket-SOCK_DGRAM，提供面向无连接的Socket

字节序（字节的顺序）

字节序是一个处理器的架构特性

大端格式

小端格式

运行在同一台计算机上的进程相互通信时,一般不用考虑字节序

网络协议指定了通讯字节序（大端）

异构计算机之间通讯，需要转换自己的字节序为网络字节序

字节序转换函数

uint32_t htonl(uint32_t hostint32);

uint16_t htons(uint16_t hostint16);

以上返回网络字节序

 

uint32_t ntohl(uint32_t netint32);

uint16_t ntohs(uint16_t netint16);

以上返回主机字节序

 

#include

因特网地址定义在中.在IPV4因特网域(AF_INET)中,套接字地址用如下结构sockaddr_in表示.

struct in_addr{

       in_addr_t   s_addr;

};

struct sockaddr_in{

       sa_family_t     sin_family;

       in_port_t       sin_port;

       struct in_addr  sin_addr;

       unsigned char   sin_zero[8];

};

地址标识了特定通信域中的套接字端点,地址格式与特定通信域相关,为了使不同格式地址能被传入套接字函数,地址被强制转换成通用的地址结构sockaddr表示.

struct sockaddr{

              sa_family_t sa_family;

              char        sa_data[14];

  };

struct in_addr以一个32位无符号数来表示，通常需要用到点分十进制数串与它之间的转换

int inet_pton(int family, const char *strptr, void *addrptr);

成功返回1，否则返回0

const char *inet_ntop(int family, const void *addrptr, char *strptr, size_t len);

len代表strptr缓冲区的长度

#define INET_ADDRSTRLEN 16

 服务模式：

 

TCP模型

 

UDP模型

创建套接字是进行任何网络通信时必须做的第一步

创建一个用于网络通信的I/O描述符（套接字）

相当于在对文件读写前先用open获取文件描述符

int socket(int family, int type,int protocol);

family：协议族

AF_INET，AF_INET6，AF_LOCAL，AF_ROUTE，AF_KEY

type：套接口类型

SOCK_STREAM，SOCK_DGRAM，SOCK_SEQPACKET，SOCK_RAW

protocol：协议类别

0，IPPROTO_TCP，IPPROTO_UDP，IPPROTO_SCTP

返回值：套接字

#include

做为服务器需要具备的条件

具备一个可以确知的地址，以便让别人找到我

使用socket创建一个套接字时，系统不会分配一个理想的端口

让操作系统知道你是一个服务器，而不是一个客户端

使用socket创建的是主动套接字，但是作为服务器，需要被动等待别人的连接

等待连接的到来

对于面向连接的TCP协议来说，连接的建立才真正意味着数据通信的开始

使用一个确知的端口来接收客户端的连接

bind函数将一个地址绑定到套接字

int bind(int sockfd,

                     const struct sockaddr *myaddr,

                     socklen_t addrlen);

sockfd：socket套接口描述字

myaddr：指向特定于协议的地址结构指针

addrlen：该地址结构的长度

返回值：0，成功；其他，失败

#include

unsigned short port = 8000;

struct sockaddr_in serverAddr;

bzero(&serverAddr, sizeof(serverAddr));

serverAddr.sin_family = AF_INET;

serverAddr.sin_port = htons(port);

serverAddr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);

 

bind(       listenfd, (struct sockaddr*)&serverAddr,

              sizeof(struct sockaddr));

让套接字成为被动的

Listen函数可以将套接口由主动修改为被动

操作系统为该套接口设置一个连接队列，来记录所有连接到该套接口的连接

int listen(int sockfd, int backlog);

sockfd：socket套接口描述字

backlog：连接队列的长度

返回值：0，成功；其他，失败

#include

等待连接的到来

Accept函数从连接队列中取出一个已经建立的连接，如果没有任何连接可用，则进入睡眠等待

int accept(int sockfd,

                     struct sockaddr *cliaddr,

                    socklen_t *addrlen);

sockfd：socket套接口描述字

cliaddr: 客户端地址

addrlen：客户端地址结构体长度

返回值：已连接的套接口

注：accept函数返回的是一个套接口，这个套接口代表了当前这个连接

#include

char ip[INET_ADDRSTRLEN];

unsigned short port;

int connfd;

struct sockaddr_in cliAddr;

int addrlen=sizeof(cliAddr);

bzero(& cliAddr, sizeof(cliAddr));

 

connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr*)&cliAddr, &addrlen);

printf(“client ip=%s\n”, inet_ntop(AF_INET, &cliAddr.sin_addr, ip, INET_ADDRSTRLEN));

read(connfd, buf, 1024);

作为客户端需要具备的条件

知道服务器的IP地址以及端口号

客户端需要主动跟服务器建立连接

连接建立才可以开始传输数据（对于TCP协议）

int connect(int sockfd,

                     const struct sockaddr *addr,

                     socklen_t len);

sockfd：socket套接口描述字

addr: 服务器地址

addrlen：服务器地址结构体长度

返回值：0，成功；其他，错误

connect函数建立连接之后不会产生新的套接口

#include

char *ip = “192.168.0.1”;

unsigned short port = 8000;

struct sockaddr_in serverAddr;

bzero(&serverAddr, sizeof(serverAddr));

serverAddr.sin_family = AF_INET;

serverAddr.sin_port = htons(port);

inet_pton(AF_INET, ip, &serverAddr.sin_addr);

 

connect(sockfd, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(struct sockaddr));

当连接建立后，通信的两端便具备了两个套接口

套接口也是一种文件描述符，所以read、write函数可以用于从这个通信管道取出或向其写入数据

int fd;

char buf[100];

fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

connect(fd, (struct sockaddr*)&serverAddr, sizeof(struct sockaddr));

……

write(fd, buf, 100);

read(fd, buf, 100);

close(fd);

#include

       ssize_t send(int sockfd, const void *buf,

           size_t nbytes, int flags);

       ssize_t sendto(int sockfd, const void

           *buf, size_t nbytes, int flags,

           const struct sockaddr *destaddr,

           socklen_t destlen);

  ssize_t sendmsg(int sockfd, const struct

           msghdr *msg, int flags);

#include

       ssize_t recv(int sockfd, void *buf,

           size_t nbytes, int flags);

       ssize_t recvfrom(int sockfd, void

     *restrict buf, size_t len, int flags,

      struct sockaddr *restrict addr,

      socklen_t *restrict addrlen);

  ssize_t recvmsg(int sockfd,

           struct msghdr *msg, int flags);

使用close函数即可关闭套接字

关闭一个代表已建立连接的套接字将导致另一端接收到一个0长度的数据包

做服务器时

关闭socket创建的套接字将导致服务器无法继续接受新的连接，但不会影响已经建立的连接

关闭accept返回的套接字将导致它所代表的连接被关闭，但不会影响服务器的监听

做客户端时

关闭连接就是关闭连接，不意味着其他

 面向连接的服务型：

 

  

 

TCP Echo Server

TCP Shell Server

并发服务器

Web Server

TCP Echo Server

创建socket并监听某一端口

接收并接受客户端的连接

接收客户端发送的数据

并原封不动的返回给客户端

（设计退出条件，满足后关闭连接）

准备接收下一个客户的连接请求

测试

使用telnet

telnet ip port

TCP Server

考虑以下情况怎么办？

一次接收到的并非完整命令

Linux下的telnet工具是具备行缓冲能力的

Windows下的telnet工具不具备行缓冲能力

多用户同时登录

 

TCP Server

并发服务器

多进程：fork()

if((pid = fork()) == 0) {

             close(lstnSocket);

       ClientHandler(&acptSock);

           close(acptSock);

              exit(0);   

} else {

           close(acptSock);

}

TCP Server

并发服务器

多线程：pthread_create()

…

acptSock = accept(lstnSocket,

              (struct sockaddr *)&pin,

              &address_size);

if(acptSock > 0)

{

          pthread_create(&thread_id, NULL,

          (void *)Client_Process,

          (void *)acptSock);

}

void *Client_Process(void *arg)// 客户端服务程序

{

       int acptSock = (int)arg;

       ClientHandler(&acptSock);

       close(acptSock);

       return;

}

Web服务器

面向连接的服务

请求/应答模型

有请求就有应答

 

服务器

面向连接的服务

客户端的请求报文格式

 

 

GET /index.html HTTP/1.1

Accept:image/gif.image/jpeg,*/*

Accept-Language:zh-cn

Connection:Keep-Alive

Host:localhost

Accept-Encoding:gzip,deflate

Web服务器

面向连接的服务

应答的格式

HTTP/1.1 200 OK

Server:Apache Tomcat/5.0.12

Content-Type: text/html

Content-Length:28

 

Hello HTTP!

Web服务器

面向连接的服务

应答的格式

HTTP/1.1 404 Not Found

Server:Apache Tomcat/5.0.12

Content-Type: text/html

Content-Length: 40

 

File not found