第八章Socket网络开发.ppt

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1、第八章 Socket网络开发,目标,什么是套接字？ Internet 套接字的两种类型 网络理论 IP 地址和如何处理它们 使用Socket开发网络程序,什么是 socket？,所谓socket通常也称作“套接字”，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。应用程序通常通过“套接字”向网络发出请求或者应答网络请求。 生成套接字，主要有3个参数：通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号。Socket原意是“插座”。通过将这3个参数结合起来，与一个“插座”Socket绑定，应用层就可以和传输层通过套接字接口，区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，实现数据传输的并发

2、服务。 Socket可以看成在两个程序进行通讯连接中的一个端点，一个程序将一段信息写入Socket中，该Socket将这段信息发送给另外一个Socket中，使这段信息能传送到其他程序中。,套接字的两种类型,一种是“Stream Sockets”（流格式），另外一种是“Datagram Sockets”（数据包格式）。我们以后谈到它们的时候也会用到SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM。 数据报套接字有时也叫“无连接套接字”(如果你确实要连接的时候可以用connect()。) 流式套接字是可靠的双向通讯的数据流。如果你向套接字按顺序输出“1，2”，那么它们将按顺序“1，2”到达另一边。它们

3、是无错误的传递的，除非自己的控制错误。 例如：telnet、http及ftp等都是使用流格式，这是因为它使用了“传输控制协议 (The Transmission Control Protocol)” 。流式套接字可以达到高质量的数据传输。,网络理论,网络分层模型 (Layered Network Model)。现在列出整个层次模型。如果你要参加网络考试， 可一定要记住： 应用层 (Application) 表示层 (Presentation) 会话层 (Session) 传输层(Transport) 网络层(Network) 数据链路层(Data Link) 物理层(Physical) 物理层

4、是硬件(串口，以太网等等)。应用层是和硬件层相隔最远的-它 是用户和网络交互的地方。 这个模型如此通用，如果你想，你可以把它作为修车指南。把它对应 到 Unix，结果是： 应用层(Application Layer) (telnet, ftp,等等) 传输层(Host-to-Host Transport Layer) (TCP, UDP) Internet层(Internet Layer) (IP和路由) 网络访问层 (Network Access Layer) (网络层，数据链路层和物理层),网络数据排列,有两种字节排列顺序：重要的字节 (有时叫 “octet”，即八 位位组) 在前面，或者

5、不重要的字节在前面。前一种叫“网络字节顺序 (Network Byte Order)”。 有些机器在内部是按照这个顺序储存数据，而另外 一些则不然。当我说某数据必须按照 NBO 顺序，那么你要调用函数(例如 htons() )来将它从本机字节顺序 (Host Byte Order) 转换过来。如果我没有 提到 NBO， 那么就让它保持本机字节顺序。,Socket数据类型,socket描述符：仅仅是一个常见的 int。 套接字地址信息 struct sockaddr unsigned short sa_family; /* 地址家族, AF_xxx */ char sa_data14; /*14

6、字节协议地址*/ ; sa_family 能够是各种各样的类型，但是在这篇文章中都是 “AF_INET“。 sa_data包含套接字中的目标地址和端口信息。为了处理struct sockaddr，程序员创造了一个并列的结构： struct sockaddr_in (“in“ 代表 “Internet“。) struct sockaddr_in short int sin_family; /* 通信类型 */ unsigned short int sin_port; /* 端口 */ struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址 */ unsigned char

7、 sin_zero8; /* 与sockaddr结构的长度相同*/;,IP 地址如何处理,假设你已经有了一个sockaddr_in结构体ina，你有一个IP地 址“132.241.5.10“要储存在其中，你就要用到函数inet_addr(),将IP地址从 点数格式转换成无符号长整型。使用方法如下： ina.sin_addr.s_addr = inet_addr(“132.241.5.10“); 好了，现在你可以将IP地址转换成长整型了。有没有其相反的方法呢？ 它可以将一个in_addr结构体输出成点数格式？这样的话，你就要用到函数 inet_ntoa()(“ntoa“的含义是“network

8、to ascii“)，就像这样： printf(“%s“,inet_ntoa(ina.sin_addr);,socket()函数,Windows包含文件： #include int socket(int domain, int type, int protocol); domain 应该设置成 “AF_INET”，就 象上面的数据结构struct sockaddr_in 中一样。 参数 type 告诉内核 是 SOCK_STREAM 类型还是 SOCK_DGRAM 类型。 把 protocol 设置为 “0”。(注意：有很多种 domain、type，我不一一列出了，请看 socket() 的

9、帮助。 socket() 只是返回你以后在系统调用种可能用到的 socket 描述符，或 者在错误的时候返回-1。使用WSAGetLastError()可以查看错误原因。,bind()函数,一旦你有一个套接字，你可能要将套接字和机器上的一定的端口关联 起来。 int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen); sockfd 是调用 socket 返回的文件描述符。 my_addr 是指向数据结构 struct sockaddr 的指针，它保存你的地址(即端口和 IP 地址) 信息。 my_addr.sin_port 是网络字

10、节顺序， addrlen 设置为 sizeof(struct sockaddr)。 在处理自己的 IP 地址和/或端口的 时候，有些工作是可以自动处理的。 my_addr.sin_port = 0; /* 随机选择一个没有使用的端口 */ my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 使用自己的IP地址 */ 通过将0赋给 my_addr.sin_port，你告诉 bind() 自己选择合适的端 口。同样，将 my_addr.sin_addr.s_addr 设置为 INADDR_ANY，你告诉 它自动填上它所运行的机器的 IP 地址。 简单得很不是吗? 再看

11、看例子：,bind()函数,bind() 在错误的时候依然是返回-1，并且使用WSAGetLastError()取错。 在你调用 bind() 的时候，你要小心的另一件事情是：不要采用小于 1024的端口号。所有小于1024的端口号都被系统保留！你可以选择从1024 到65535的端口(如果它们没有被别的程序使用的话)。 你要注意的另外一件小事是：有时候你根本不需要调用它。如果你使 用 connect() 来和远程机器进行通讯，你不需要关心你的本地端口号(就象 你在使用 telnet 的时候)，你只要简单的调用 connect() 就可以了，它会检 查套接字是否绑定端口，如果没有，它会自己绑定

12、一个没有使用的本地端 口。,connect()函数,connect()程序 现在我们假设你是个 telnet 程序。你的用户命令你得到套接字的文件 描述符。你听从命令调用了socket()。下一步，你的用户告诉你通过端口 23(标准 telnet 端口)连接到“132.241.5.10“。你该怎么做呢? 幸运的是，你正在阅读 connect()-如何连接到远程主机这一章。你可 不想让你的用户失望。 connect() 系统调用是这样的： int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen); sockfd 是系统调用

13、socket() 返回的套接字文件描述符。 serv_addr 是 保存着目的地端口和 IP 地址的数据结构 struct sockaddr。addrlen 设置 为 sizeof(struct sockaddr)。 想知道得更多吗？让我们来看个例子： 之后，你应该检查 connect() 的返回值-它在错误的时候返回-1，并通过WSAGetLastError()取错。 同时，你可能看到，我没有调用 bind()。因为我不在乎本地的端口号。 我只关心我要去那。内核将为我选择一个合适的端口号，而我们所连接的 地方也自动地获得这些信息。一切都不用担心。,listen()函数,是换换内容得时候了。假

14、如你不希望与远程的一个地址相连，或者说， 仅仅是将它踢开，那你就需要等待接入请求并且用各种方法处理它们。处 理过程分两步：首先，你听-listen()，然后，你接受-accept() (请看下面的 内容)。 除了要一点解释外，系统调用 listen 也相当简单。 int listen(int sockfd, int backlog); sockfd 是调用 socket() 返回的套接字文件描述符。backlog 是在进入 队列中允许的连接数目。什么意思呢? 进入的连接是在队列中一直等待直 到你接受 (accept() 请看下面的文章)连接。它们的数目限制于队列的允许。 大多数系统的允许数目是

15、20，你也可以设置为5到10。 和别的函数一样，在发生错误的时候返回-1，并通过WSAGetLastError()取错。 你可能想象到了，在你调用 listen() 前你或者要调用 bind() 或者让内 核随便选择一个端口。如果你想侦听进入的连接，那么系统调用的顺序可 能是这样的： socket(); bind(); listen();,accept()函数,准备好了，系统调用 accept() 会有点古怪的地方的！你可以想象发生 这样的事情：有人从很远的地方通过一个你在侦听 (listen() 的端口连接 (connect() 到你的机器。它的连接将加入到等待接受 (accept() 的队

16、列 中。你调用 accept() 告诉它你有空闲的连接。它将返回一个新的套接字文 件描述符！这样你就有两个套接字了，原来的一个还在侦听你的那个端口， 新的在准备发送 (send() 和接收 ( recv() 数据。这就是这个过程！ int accept(int sockfd, void *addr, int *addrlen); sockfd 相当简单，是和 listen() 中一样的套接字描述符。addr 是个指 向局部的数据结构 sockaddr_in 的指针。这是要求接入的信息所要去的地 方（你可以测定那个地址在那个端口呼叫你）。在它的地址传递给 accept 之 前，addrlen 是

17、个局部的整形变量，设置为 sizeof(struct sockaddr_in)。 accept 将不会将多余的字节给 addr。如果你放入的少些，那么它会通过改 变 addrlen 的值反映出来。 同样，在错误时返回-1，并通过WSAGetLastError()取错。 现在是你应该熟悉的代码片段。 注意，在系统调用 send() 和 recv() 中你应该使用新的套接字描述符 new_fd。如果你只想让一个连接进来，那么你可以使用 close() 去关闭原 来的文件描述符 sockfd 来避免同一个端口更多的连接。,send() and recv()函数,这两个函数用于流式套接字或者数据报套接

18、字的通讯。如果你喜欢使 用无连接的数据报套接字，你应该看一看下面关于sendto() 和 recvfrom() 的章节。 send() 是这样的： int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags); sockfd 是你想发送数据的套接字描述符(或者是调用 socket() 或者是 accept() 返回的。)msg 是指向你想发送的数据的指针。len 是数据的长度。 把 flags 设置为 0 就可以了。(详细的资料请看 send() 的 man page)。 这里是一些可能的例子： char *msg = “Beej was

19、here!“; int len, bytes_sent; . . len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg, len, 0);,send() and recv()函数,send() 返回实际发送的数据的字节数-它可能小于你要求发送的数 目！ 注意，有时候你告诉它要发送一堆数据可是它不能处理成功。它只是 发送它可能发送的数据，然后希望你能够发送其它的数据。 记住，如果 send() 返回的数据和 len 不匹配，你就应该发送其它的数据。但是这里也 有个好消息：如果你要发送的包很小(小于大约 1K)，它可能处理让数据一 次发送完。 它在错误的

20、时候返回-1，并通过WSAGetLastError()取错。 recv() 函数很相似： int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags); sockfd 是要读的套接字描述符。buf 是要读的信息的缓冲。len 是缓 冲的最大长度。flags 可以设置为0。(请参考recv() 的 man page。) recv() 返回实际读入缓冲的数据的字节数。或者在错误的时候返回-1，并通过WSAGetLastError()取错。 很简单，不是吗? 你现在可以在流式套接字上发送数据和接收数据了。,close()和shutdown(

21、)函数,你已经整天都在发送 (send() 和接收 (recv() 数据了，现在你准备关 闭你的套接字描述符了。这很简单，你可以使用一般的 Unix 文件描述符 的 close() 函数： close(sockfd); 它将防止套接字上更多的数据的读写。任何在另一端读写套接字的企 图都将返回错误信息。 如果你想在如何关闭套接字上有多一点的控制，你可以使用函数 shutdown()。它允许你将一定方向上的通讯或者双向的通讯(就象close()一 样)关闭，你可以使用： int shutdown(int sockfd, int how); sockfd 是你想要关闭的套接字文件描述复。how 的值

22、是下面的其中之 一： 0 不允许接受 1 不允许发送 2 不允许发送和接受(和 close() 一样) shutdown() 成功时返回 0，失败时返回 -1(同时功过GetLastError()取错) 如果在无连接的数据报套接字中使用shutdown()，那么只不过是让 send() 和 recv() 不能使用(记住你在数据报套接字中使用了 connect 后 是可以使用它们的)。,简单的服务器,这个服务器所做的全部工作是在流式连接上发送字符串 “Hello, World!n“。你要测试这个程序的话，可以在一台机器上运行该程序，然后 在另外一机器上登陆： $ telnet remotehos

23、tname 3490 remotehostname 是该程序运行的机器的名字。,简单的客户程序,这个程序比服务器还简单。这个程序的所有工作是通过 3490 端口连接到命令行中指定的主机，然后得到服务器发送的字符串。 注意，如果你在运行服务器之前运行客户程序，connect() 将返回 “Connection refused“ 信息，这非常有用。,CS结构和网络协议,CS结构就是Client-Server结构 网络协议就是数据收发结构，目的是为了保持CS之间连续运转。命令+数据,每日作业,1、翻译阅读MSDN中WinSock相关函数。测试Example。 以上函数 2、编写自己的系统函数，加强理解： Inet_addr、Inet_ntoa、htonl、htons、 3、做一个聊天跟相邻主机进行输入文字发送的过程。 思考：如何实现3个以上人的聊天过程。,每日作业,1、封装CSocket类，参照接口MFC类中的接口。 /* 其中Accept函数比MFC封装的还要直观一些，让调用者避免使用addr结构体。 例如:char szIP20;UINT nPort; sock.Accept(socka,szIP,&nPort) */ 2、使用网络协议和封装后的CSocket类，实现网络版学生管理系统。(C/S结构),