第八章Socket网络开发.ppt

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 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 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 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 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()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 remotehostname 3490remotehostname 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),