1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,第四講 套接字API 電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,套接字的概念 Berkeley套接字 套接字概要 套接字主要系統(tǒng)調(diào)用 用于整數(shù)轉(zhuǎn)換的函數(shù)調(diào)用 在程序中使用套接字調(diào)用 套接字調(diào)用參數(shù)相關(guān)的符號(hào)常量,目錄,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,什么是套接字,1. 套接字是一個(gè)主機(jī)本地應(yīng)用程序所創(chuàng)建的, 為操作系統(tǒng)所控制的接口 (“門”) . 2. 應(yīng)用進(jìn)程通過這個(gè)接口,使用傳輸層提供的服務(wù), 跨網(wǎng)絡(luò)發(fā)送(或接收)消息. 3.Client/server模式的通信接口套接字接口.,來自UNIX系統(tǒng) Berkeley套接字 ARPA要求伯克利分校將TCP/

2、IP移植到UNIX中 需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)接口，便于應(yīng)用程序使用這個(gè)接口 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信 盡可能使用現(xiàn)有的系統(tǒng)調(diào)用,同時(shí)添加新的系統(tǒng)調(diào)用支持TCP/IP。 這個(gè)系統(tǒng)被稱為BSD UNIX (Berkeley Software Distribution)，成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn) 1981提出于BSD4.1 UNIX,本書基于BSD4.4 版本,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,Berkeley套接字,考慮：接口是專門針對(duì)TCP/IP協(xié)議, 還是可以為其它協(xié)議所用呢? 方法一:定義專門支持TCP/IP通信的一些函數(shù) 方法二:定義支持一般網(wǎng)絡(luò)通信的函數(shù)，用參數(shù)使TCP/IP通信作為一種特例 Berkeley套接字

3、使用第二種辦法，具有通用性，TCP/IP是一個(gè)族PF_INET 另外，應(yīng)用程序知名使用服務(wù)的類型，而不是指定協(xié)議名 爭(zhēng)論： 通用性沒有必要，使應(yīng)用程序難以閱讀 通用性可以使程序員免于了解協(xié)議族的細(xì)節(jié),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,指明一個(gè)協(xié)議接口,文件描述符：進(jìn)程的文件描述符表的下標(biāo)。OS中每個(gè)進(jìn)程對(duì)應(yīng)一個(gè)文件描述符表，表中每個(gè)元素指向和文件相對(duì)應(yīng)的一個(gè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 套接字和文件類似，每個(gè)活動(dòng)套接字使用一個(gè)小整數(shù)標(biāo)識(shí)，進(jìn)程的文件描述符和套接字描述符值不能相同 socket函數(shù)：創(chuàng)建套接字，返回描述符（不是open函數(shù)）,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,套接字概要套接字描述符,0：

4、 1： 2： 3：,進(jìn)程的文件描述符表 （一個(gè)進(jìn)程一張）,用于文件0的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),用于文件1的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),用于文件2的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),用于文件3的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),調(diào)用socket將創(chuàng)建一個(gè)新的描述符條目 結(jié)構(gòu)的許多字段是其他的系統(tǒng)調(diào)用來填,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,套接字概要針對(duì)套接字的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),0： 1： 2： 3： 4：,描述符表 （一個(gè)進(jìn)程一張）,family: PF_INET,service: SOCK_STREAM,Local IP:,Remote IP:,Local port:,Remote port:,:,創(chuàng)建方式相同，使用方式不同 等待傳入連接的套接字被動(dòng)，如服務(wù)器套

5、接字 發(fā)起連接的套接字主動(dòng)，如客戶套接字 指明端點(diǎn)地址：創(chuàng)建時(shí)不指定，使用時(shí)指明 TCP/IP需要指明協(xié)議端口號(hào)和IP地址 TCP/IP協(xié)議族和地址族的對(duì)應(yīng)： TCP/IP協(xié)議族：PF_INET 對(duì)應(yīng)的TCP/IP的地址族：AF_INET,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,套接字概要主動(dòng)套接字和被動(dòng)套接字,套接字系統(tǒng)定義的一般化的地址結(jié)構(gòu) （地址族，該族的端點(diǎn)地址）,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,類屬地址結(jié)構(gòu),套接字的普通C定義結(jié)構(gòu) struct sockaddr u_char sa_len; u_short sa_family； char sa_data14;/14B 通用的地址結(jié)構(gòu)

6、（只是很適用于AF_INET族中的地址）,TCP/IP的地址定義 struct sockaddr_in u_char sin_len; u_short sin_family； u_short sin_port；/2B struct in_addr sin_addr;/4B char sin_zero8;/8B IP專用的結(jié)構(gòu),套接字調(diào)用分為兩組： 主調(diào)用：提供下層功能的訪問 實(shí)用例程：提供幫助 套接字調(diào)用帶有參數(shù)，允許以多種方式來使用它們。 可被客戶或服務(wù)器使用 可被TCP或UDP使用 可使用特定或非特定的遠(yuǎn)程端點(diǎn)地址,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,套接字API的主要系統(tǒng)調(diào)用,int S

7、ocket( int domain, int type, int protocol) 功能：創(chuàng)建一個(gè)新的套接字，返回套接字描述符 參數(shù)說明： domain：域類型，指明使用的協(xié)議棧，如TCP/IP使用的是 PF_INET type: 指明需要的服務(wù)類型, 如 SOCK_DGRAM: 數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)，UDP協(xié)議 SOCK_STREAM: 流服務(wù)，TCP協(xié)議 protocol:一般都取0（由系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)類型選擇默認(rèn)的協(xié)議） 請(qǐng)創(chuàng)建一個(gè)用于TCP通信的套接字。 舉例：s=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,一些主調(diào)用的套接字API:,功能：為套

8、接字指明一個(gè)本地端點(diǎn)地址 TCP/IP協(xié)議使用sockaddr_in結(jié)構(gòu)，包含IP地址和端口號(hào) 服務(wù)器使用它來指明熟知的端口號(hào)，然后等待連接 參數(shù)說明： Sockfd:套接字描述符，指明創(chuàng)建連接的套接字 my_addr:本地地址，IP地址和端口號(hào) addrlen :地址長度 舉例：bind(sockfd, (struct sockaddr *),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,int bind(int sockfd,struct sockaddr * my_addr,int addrlen),功能： 面向連接的套接字使用它將一個(gè)套接字置為被動(dòng)模 式，并準(zhǔn)備接收傳入連接。用于服務(wù)器，指明某個(gè)

9、 套接字連接是被動(dòng)的 參數(shù)說明： Sockfd:套接字描述符，指明創(chuàng)建連接的套接字 input_queue_size:該套接字使用的隊(duì)列長度,指定在請(qǐng)求隊(duì)列中允許的最大請(qǐng)求數(shù) 請(qǐng)將套接字設(shè)為被動(dòng)模式，并允許最大請(qǐng)求數(shù)為20。 舉例：listen(sockfd,20),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,int listen(int sockfd,int input_queue_size),功能：獲取傳入連接請(qǐng)求，返回新的連接的套接字描述符。 為每個(gè)新的連接請(qǐng)求創(chuàng)建了一個(gè)新的套接字，服務(wù)器只對(duì)新的連接使用該套接字，原來的監(jiān)聽套接字接收其他的連接請(qǐng)求。 新的連接上傳輸數(shù)據(jù)使用新的套接字，使用完畢，

10、服務(wù)器將關(guān)閉這個(gè)套接字。 參數(shù)說明： Sockfd:套接字描述符，指明正在監(jiān)聽的套接字 addr:提出連接請(qǐng)求的主機(jī)地址 addrlen:地址長度 舉例：new_sockfd = accept(sockfd, (struct sockaddr *),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, int *addrlen);,功能： 同遠(yuǎn)程服務(wù)器建立主動(dòng)連接，成功時(shí)返回0，若連接失敗返回1。 參數(shù)說明： Sockfd:套接字描述符，指明創(chuàng)建連接的套接字 Server_addr:指明遠(yuǎn)程端點(diǎn)：IP地址和端口號(hào) soc

11、kaddr_len :地址長度 舉例(P49): connect(s,remaddr,remaddrlen),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,int connect（int sockfd,struct sockaddr *server_addr,int sockaddr_len）,功能： 在TCP連接上發(fā)送數(shù)據(jù),返回成功傳送數(shù)據(jù)的長度，出錯(cuò)時(shí)返回1。 send會(huì)將外發(fā)數(shù)據(jù)復(fù)制到OS內(nèi)核中，也可以使用send發(fā)送面向連接的UDP報(bào)文。 參數(shù)說明： sockfd:套接字描述符 data:指向要發(fā)送數(shù)據(jù)的指針 data_len:數(shù)據(jù)長度 flags:通常為0 舉例(p50)：send(s,req

12、,strlen(req),0);,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,int send(int sockfd, const void * data, int data_len, unsigned int flags),功能：基于UDP發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，返回實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)長度，出錯(cuò)時(shí)返回1 參數(shù)說明： sockfd:套接字描述符 data:指向要發(fā)送數(shù)據(jù)的指針 data_len:數(shù)據(jù)長度 flags:通常為0 remaddr:遠(yuǎn)端地址：IP地址和端口號(hào) remaddr_len :地址長度 舉例：sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct sockaddr *),計(jì)算

13、機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,int sendto(int sockfd, const void * data, int data_len, unsigned int flags, struct sockaddr *remaddr,sock_len remaddr_len）,功能： 從TCP接收數(shù)據(jù),返回實(shí)際接收的數(shù)據(jù)長度，出錯(cuò)時(shí)返回1。 服務(wù)器使用其接收客戶請(qǐng)求，客戶使用它接受服務(wù)器的應(yīng)答。如果沒有數(shù)據(jù)，將阻塞。 如果TCP收到的數(shù)據(jù)大于(/小于)緩存的大小，只抽出能夠填滿緩存的足夠數(shù)據(jù)(/抽出所有數(shù)據(jù)并返回它實(shí)際接收的字節(jié)數(shù))。 也可以使用recv接收面向連接的UDP的報(bào)文，若緩存不能裝

14、下整個(gè)報(bào)文，填滿緩存后剩下的數(shù)據(jù)將被丟棄。 參數(shù)說明： Sockfd:套接字描述符 Buf:指向內(nèi)存塊的指針 Buf_len:內(nèi)存塊大小，以字節(jié)為單位 flags:一般為0（MSG_WAITALL接收到指定長度數(shù)據(jù)時(shí)才返回） 舉例：recv(sockfd,buf,8192,0),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,int recv(int sockfd, void *buf, int buf_len,unsigned int flags);,功能：從UDP接收數(shù)據(jù)，返回實(shí)際接收的字節(jié)數(shù)，失敗時(shí)返回1 參數(shù)說明： Sockfd:套接字描述符 buf:指向內(nèi)存塊的指針 buf_len:內(nèi)存塊大小，

15、以字節(jié)為單位 flags:一般為0 from:遠(yuǎn)端的地址，IP地址和端口號(hào) fromlen:遠(yuǎn)端地址長度 舉例：recvfrom(sockfd,buf,8192,0, ,(struct sockaddr *),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,int recvfrom(int sockfd, void *buf, int buf_len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,sock_len *fromlen);,功能： 撤銷套接字. 如果只有一個(gè)進(jìn)程使用，立即終止連接并撤銷該套接字，如果多個(gè)進(jìn)程共享該套接字，將引用數(shù)減一，如果引用數(shù)降到零，則關(guān)閉

16、連接并撤銷套接字。 參數(shù)說明： Sockfd:套接字描述符 舉例：close(socket_descriptor),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,close(int sockfd);,read和write 在UNIX和Linux中，可以代替recv和send,因?yàn)槎颊{(diào)用內(nèi)核的sosend實(shí)現(xiàn)。 小結(jié)：,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,套接字API中的主要系統(tǒng)調(diào)用,socket* connect* send(write)* recv(read)* close* bind *,listen * accept * recvfrom* sendto*,recvmsg sendmsg shut

17、down getpeername getsockopt setsockopt,不同的結(jié)構(gòu)的機(jī)器閱讀數(shù)據(jù)時(shí)使用不同的順序 16 bit integer:,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,字節(jié)順序轉(zhuǎn)換,Low Byte,High Byte,High Byte,Low Byte,Address A,Address A+1,Big-indian machine 高位在低地址,littel-indian machine 低位在低地址,假設(shè)一個(gè) Big-Endian machine （大端機(jī)）發(fā)送了16 bits integer ,其值2: 而一個(gè) Little-Endian machine（小端機(jī)）

18、 卻認(rèn)為收到了512: 所以在發(fā)送和接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)有必要進(jìn)行字節(jié)順序轉(zhuǎn)換,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,字節(jié)順序轉(zhuǎn)換,0000001000000000,0000000000000010,網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序：最高位字節(jié)在前 有些套接字例程要求參數(shù)按照網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序存儲(chǔ)。如sockaddr_in 需要網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序和本地主機(jī)字節(jié)順序進(jìn)行轉(zhuǎn)換的函數(shù)，堅(jiān)持使用，便于移植。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,用于整數(shù)轉(zhuǎn)換的函數(shù)調(diào)用,分為短（short 16位)和長（long 32位)兩種 htons:將一個(gè)短整數(shù)從本地字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序； ntohs:將一個(gè)短整數(shù)從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為本地字節(jié)順序； htonl和ntohl： 類似如上,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,用于整數(shù)轉(zhuǎn)換的函數(shù)調(diào)用,使用TCP的客戶和服務(wù)器套接字函數(shù)調(diào)用序列,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)編程,電子科大計(jì)算機(jī)學(xué)院,在程序中使用套接字調(diào)用,UN