网络编程书籍讲义(第八讲).ppt

1,人民邮电出版社,第8章 TCP程序设计,2,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.1服务器端工作流程基于C/S结构的程序在工作时，服务器端的应用程序应该首先启动，以等待客户的服务请求。其具体工作流程可以分为以下八个步骤：第一步：使用WSAStartup()函数检查系统协议栈的安装情况。只有在协议栈正确安装的情况下，才可以执行以下的各步骤。常用的调用格式有如下两种：WSAStartup(0 x0202,&wsaData)；WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)；注意：这里所使用的Winsock为2.2版，也可以使用其它版本的Winsock。第二步：使用socket()或WSASocket()函数创建服务器端通信的套接口。如果套接口创建不成功，也不能执行以下的各操作，并且要调用WSACleanup()函数，结束Windows Sockets API的使用。这一步调用过程确定了相关五元组的协议。常用的调用格式有如下几种：,3,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.1服务器端工作流程SOCKET serverSocket=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP）；SOCKET serverSocket=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0）；SOCKET serverSocket=WSASocket（AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）；SOCKET serverSocket=WSASocket（AF_INET,SOCK_STREAM,0,NULL,0,WSA_FLAG_OVERLAPPED）；注意：调用不成功时返回INVALID_SOCKET。,4,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.1服务器端工作流程第三步：使用bind()函数将创建的套接口与服务器地址绑定。它确定了相关五元组中的本地IP地址和端口号。常用调用格式：bind(serverSocket,(const struct sockaddr*)&localaddr,sizeof(sockaddr)；bind(serverSocket,(SOCKADDR*)&localaddr,sizeof(sockaddr)；bind(serverSocket,(sockaddr*)&localaddr,sizeof(sockaddr)；bind(serverSocket,(LPSOCKADDR)&localaddr,sizeof(sockaddr)；注意：本机地址有多种表示方法，它们是等价的。第四步：使用listen()函数使服务器套接口做好接收连接请求的准备。该函数的调用格式如下：listen(serverSocket,queuelen)；注意：第二个参数是请求队列的长度，用以限制排队请求的客户数，它与协议的实现有关，一般给queuelen赋值为5。,5,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.1服务器端工作流程第五步：使用accept()或WSAAccept()函数接收来自客户端由connect()发出的连接请求。常用格式：SOCKET Newsock=accept(serverSocket,(struct sockaddr*)&clientaddr,&clientaddr_len)；该函数的参数中，由参数clientaddr返回客户端协议、IP地址和端口信息，至此一个通信所需的五元组已建立。第六步：连接建立连接后，使用send()或WSASend()函数发送数据，或使用recv()或WSARecv()函数接收数据。具体使用实例见下节的实例程序。第七步：使用closesocket()函数关闭套接口。它的使用方法很简单：closesocket(serverSocket)；,6,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.1服务器端工作流程第八步：最后调用WSACleanup()函数，结束Windows Sockets API的使用。它是一个无参函数，在程序中直接调用即可：WSACleanup()；至此，服务器的工作过程结束。当然实际的服务器程序是比较复杂的，这里只是对它的基本流程进行了说明。,7,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.2客户端工作流程客户端相对服务器端来说，其工作过程较为简单。客户端应用程序的工作流程如下：第一步：使用WSAStartup()函数检查系统协议栈的安装情况。其调用格式与服务器端调用格式类似：WSAStartup(0 x0202,&wsaData)；WSAStartup(MAKEWORD(2,2),&wsaData)；第二步：使用socket()或WSASocket()函数创建客户端套接口。其调用格式同服务器端调用格式类似：SOCKET clientSocket=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,IPPROTO_TCP）；,8,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.2客户端工作流程第三步：使用connect()或WSAConnect()函数发出与服务器建立连接的请求。常用格式如下：connect(clientSocket,(struct sockaddr*)&serveraddr,sizeof(serveraddr)；如果客户想连接的计算机没有监听指定端口的进程，则请求连接的connect()调用就会失败，并发生代码为WSAECONNREFUSED的错误。另一种常见的错误代码是WSAETIMEDOUT，这种情况一般发生在试图连接的计算机不能使用时，如客户与要连接的服务器之间路由不通、服务器主机硬件故障或者服务器不在网络上等。,9,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.2客户端工作流程注意：serveraddr参数是指向远程服务器地址的一个指针，因此在调用此函数前一定要知道远程服务器的地址和端口号，并把其值赋给serveraddr结构量，否则无法使用该函数。第四步：连接建立后，使用send()或WSASend()函数发送数据，或使用recv()或WSARecv()函数接收数据。第五步：使用closesocket()函数关闭套接口。第六步：最后调用WSACleanup()函数，结束Windows Sockets API的使用。至此，一次客户向服务器请求服务的过程结束。,10,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.3服务器与客户机通信过程第7章我们讨论过服务器与客户通信的过程要用一个五元组来标识。这个五元组是：（协议，本地IP地址，本地端口号，远程IP地址，远程端口号）。对于面向连接的（TCP协议）通信来说，服务器与客户机之间的连接建立完成后，这个五元组就建立了，如表8-1所示。,11,8.1 TCP网络程序设计模型,8.1.4基于TCP协议的网络程序框架服务器与客户机进行的上述通信过程可以用图8-1表示。,关闭TCP连接,用三次握手过程建立TCP连接,交换数据,交换数据,WSAStartup(),socket(),listen(),accept(),等待客户连接请求的到来,recv(),send(),closesocket(),WSACleanup(),socket(),connect(),WSAStartup(),send(),recv(),closesocket(),WSACleanup(),图8-1面向连接的客户机-服务器程序工作模型,bind(),12,8.2TCP实例程序1,实例程序说明在Internet协议中，有一个名叫Daytime的非常简单的协议，这个协议由RFC 867定义，它用于返回服务器当前时间和日期。Daytime服务器应用程序忽略客户机发送的任何数据，只是检查本地时钟，并用字符串的形式返回当前日期与时间，客户机可以对取得的这个字符串进行处理，取得有关日期和时间。Daytime协议虽然很简单，但它也很有用，如可用于一个企业服务器与某个时间标准同步，也可用于查检网络的连通性和调试网络程序等工作。基于程序TCP的daytime服务，服务器在TCP端口13侦听，一旦有连接建立，就返回ASCII形式的日期和时间，在传送完成后关闭连接。从客户机接收到的数据则被忽略。本节和实例程序中，我们设计一个Daytime服务器程序，该程序监听客户机的连接请求。如果有客户机与服务器建立连接，服务器就将当前的时间与日期发送给客户机。客户机在收到服务器发送的时间与日期后，以字符串的形式将其显示出来。在图8-2为服务器启动后的窗口，如果有客户端进行了请求并连接成功，则显示访问者的个数。图中表示客户端进行了3次请求。,13,8.2TCP实例程序1,客户端程序运行后的窗口,14,8.3TCP实例程序2,8.3.1 程序要求该程序的要求与中介绍的程序要求相同，只是使用Java工具来实现。服务器端程序运行的窗口如图8-4所示，图中有3个客户端进行了请求。,daytime客户端程序运行结果如图8-5所示，图中客户端程序运行了3次,15,8.3TCP实例程序2,8.3.2服务器程序在Java语言中，设计网络程序的有关类被放在包中。Java语言的网络程序设计其基本原理与VC+中的类似，因为Java语言本身也使用了前面介绍的伯克利套接口来编写网络程序。本节要设计的基于TCP协议的、面向连接的网络程序要使用该包中的ServerSocket类，该类包含了设计一个服务器程序所要求的所有功能。利用ServerSocket类创建一个服务器程序的典型工作流程如下：（1）在指定的监听端口上创建一个ServerSocket对象。（2）调用ServerSocket类型对象的accept()方法在指定的端口监听客户的连接请求。accept()方法在调用时会阻塞当前Java线程，直到收到客户端的请求，accpet()方法返回连接客户端与服务器的Socket对象。（3）调用getInputStream()方法和getOutputStream()方法获得Socket对象的输入流和输出流。（4）服务器与客户端根据要求进行数据的发送与接收，直到有一端请求关闭连接。,16,8.3TCP实例程序2,8.3.2服务器程序（5）服务器和客户端关闭连接。（6）服务器回到第2步，继续监听下一次连接请求，而客户端则运行结束。下面讨论如何创建一个ServerSocket类的对象。ServerSocket类有如下4个构造方法：public ServerSocket()throws IOException：创建一个非绑定任何信息的服务器套接口。public ServerSocket(int port)throws IOException：创建一个绑定到特定端口的服务器套接口。端口为0时，表示在所有空闲端口上创建套接字。public ServerSocket(int port,int queuelength)throws IOException：创建一个绑定到特定端口的服务器套接口。如果连接请求的最大队列长度被设置为50。如果队列满时收到连接请求，则拒绝该连接。public ServerSocket(int port,int queuelength,InetAddress bindaddress)throws IOException：在这种格式中由第3个参数bindaddress指出绑定到套接口的本地地址。,17,8.3TCP实例程序2,8.3.2服务器程序如果创建套接口时发生 I/O 错误，则以上构造方法会抛出IOException异常。所以一般在创建一个套接口时要进行异常处理。ServerSocket类的对象有一个重要的方法accept()，其声明如下：public Socket accept()throws IOException该方法返回一个Socket对象，这个Socket对象表示当前服务器和某个客户端的连接，通过这个Socket对象服务器和客户端可以进行数据交互。Socket和ServerSocket都有一个close()方法，其声明为：public void close()throws IOException该方法用来关闭一个Socket对象，当一个Socket对象被关闭后，将不能再使用。必要的话可以再创建一个新的Socket对象。,18,8.3TCP实例程序2,8.3.3客户端程序Java提供的套接字对伯克利套接口进行了封装，大大的简化了程序员用套接字开发网络应用程序的步骤。利用.Socket类我们可以轻松地开发一个客户端程序，它可以主动创建和目标服务器的连接。Socket类有两个构造方法：public Socket(String host,int port)throws UnknownHostException IOExceptionpublic Socket(InetAddress host,int port)throws IOException上面第一个构造方法的两个参数中，第1个参数host以字符串的形式给出服务器的主机名或IP地址，第2个参数port表示服务器的端口号，如果目标主机未知或有其他错误时抛出UnknownHostException或IOException异常。第二个构造方法其第1个参数是一个用InetAddress类表示的主机IP地址。InetAddress类是Java网络程序设计中最常用的一个类，它是Java语言对IP地址的一种高级表示方法。下面我们对InetAddress类的使用方法作一个简单的介绍。,19,8.3TCP实例程序2,8.3.3客户端程序InetAddress类没有提供公用的构造方法，但我们可以通过下面的方法来创建一个InetAddress对象或InetAddress数组：getLocalHost()方法：获得本机的InetAddress对象。getByName(String host)方法：获得一个指定计算机的InetAddress对象。参数host既可以是主机名也可以是表示IP地址的十进制数字字符串。getAllByName(String host)方法：返回一个InetAddress对象数组，表示指定计算机的所有IP地址。在Internet上存在一些机器具有多个IP地址，这时可以使用该方法取所有地址。getByAddress(byte addr)方法：从IP地址创建一个InetAddress对象，并返回其引用。参数addr可以是4字节的IPv4地址，也可以是16字节的IPv6地址，addr格式要求为网络顺序。,20,8.3TCP实例程序2,8.3.3客户端程序getByAddress(String host,byte addr)方法：从提供的主机host和IP地址创建一个InetAddress对象，并返回其引用。参数host和addr同上。在实际编程时，创建一个InetAddress对象最常用的是getLocalHost()方法和getByName(String host)方法。要注意的是调用上述方法获取InetAddress对象时，如果指定的主机名或IP地址不能被解析，将抛出UnknownHostException异常。例如：try InetAddress address=);catch(UnknownHostException e)System.out.println(Could not find);,21,8.3TCP实例程序2,8.3.3客户端程序为了创建InetAddress对象，Java需要执行主机名和IP地址之间的相互解析工作，这对系统来说可能是一个耗时的过程，为了避免一些重复的解析工作，Java虚拟机内部采取了缓存机制。Socket对象具有下列常用方法：public InetAddress getInetAddress()：返回该Socket连接的目标主机的地址。public int getPort()：返回该Socket连接的目标主机的端口。public int getLocalPort()：返回该Socket绑定的本地端口。public InetAddress getLocalAddress()：返回该Socket绑定的本地地址，如尚未绑定则返回null。常在本地主机有多个IP址机时才使用。,22,8.3TCP实例程序2,8.3.3客户端程序public InputStream getInputStream()throws IOException：返回该Socket输入流。public OutputStream getOutputStream()throws IOException：返回该Socket输出流。public synchronized void close()throws IOException：关闭当前Socket。,