1、實驗六 TCP、UDP通信程序設計實驗,2,客戶1,客戶2,服務器,請求,應答,請求,應答,通信程序基礎：客戶端和服務器,3,IPv4, IPv6,Ethernet Adapter,App1,App2,port A,port B,TCP,UDP,通信程序基礎：分層,4,TCP通信實驗cont1,5, 得到ip地址 建立tcp連接: 構(gòu)造http數(shù)據(jù)包，向tcp請求 構(gòu)造tcp數(shù)據(jù)包，承載http包 構(gòu)造ip數(shù)據(jù)包 得到mac地址 構(gòu)造數(shù)據(jù)幀,通信程序基礎：實例,6,7,Socket介紹（1）,什么是socket？ 先看文件操作的例子： 通過open函數(shù)得到一個文件的文件描述符；然后對這個描述符

2、進行讀寫,得到一個整數(shù)來標識這個文件，稱為file descriptor,得到一個整數(shù)來標識這個文件,把用來標識這個文件整數(shù)看作是這個入口的標識,把用來標識這個文件的整數(shù)看作是這兩入口的標識,8,Socket介紹（2）,socket,socket,Socket descriptor,用類似于open的函數(shù)得到一個socket 描述符，然后對這個描述符進行讀寫操作,9,從網(wǎng)絡整體來看，socket是不同主機上應用程序之間的一個虛擬的接口，具有跨平臺特性。 從程序員角度來看，它是應用程序和網(wǎng)絡設備的一個接口，特殊的I/O 從操作系統(tǒng)看，它是一種資源。如同handle用來描述windows中的窗口等

3、資源，socket用socket descriptor來標識。,Socket介紹（3）,10,字節(jié)流套接口(Stream Sockets) 面向連接的，位于TCP之上 數(shù)據(jù)報套接口(Datagram Sockets) 無連接的，位于UDP之上 原始套接口(Raw Sockets) 直接發(fā)送和處理IP包：例如ping,Socket介紹（4）,11,Socket的起源 最初在70年代由加州大學Berkeley分校開發(fā)，其目的是為BSD(Berkeley Software Distribution) UNIX 4.1版操作系統(tǒng)提供網(wǎng)絡通信接口。 Socket在各種平臺下的發(fā)展 隨著Berkeley

4、Sockets的廣泛應用，九十年代初，Sun、MS等公司共同制定了適應dos和win平臺的windows sockets的規(guī)范(WinSock) Sun Microsystems為Java也制定了網(wǎng)絡通信的API Linux下的socket繼承了BSD sockets的風格，并有所改動 不同的網(wǎng)絡有不同的套接口 CCITT X.25套接口 Berkeley 套接口,Socket介紹（5）,12,現(xiàn)在開始具體介紹socket編程。 由前面的敘述可以看出，我們要進行通信就要得到對應的socket descriptor，一旦得到了，對它進行讀寫操作就可以了，例如 int read( int fd,

5、char *buf, int len); int write(int fd, char *buf, int len); 在與另一臺計算機通信之前要知道對方的什么信息？ IP地址或者域名 端口（用來區(qū)分不同的應用）,Socket介紹（6）,13,Socket用下面的結(jié)構(gòu)體來描述一個IP地址socket.h 結(jié)構(gòu)中sa_family為套接口的協(xié)議族地址類型，例如對于通常的TCP/IP協(xié)議(IPv4)，它的值是AF_INET; sa_data中存儲著具體的協(xié)議地址，不同的協(xié)議族有不同的地址格式。 sa_data的存儲內(nèi)容往往是包含地址和端口信息，而僅使用一個變量，使用起來不太方便定義新的Socket

6、地址結(jié)構(gòu),Socket介紹（7）,struct sockaddr unsigned short sa_family; /* 地址家族2字節(jié)*/ char sa_data14; /*14字節(jié)協(xié)議地址*/ ;,14,新版的socket地址的定義 最后的那個元素是填充的空白信息, 這樣就保持整個結(jié)構(gòu)與sockaddr結(jié)構(gòu)的長度相同,Socket介紹（8）,struct sockaddr_in short int sin_family; /* 通信類型2字節(jié) */ unsigned short int sin_port; /* 端口, 2字節(jié)*/ struct in_addr sin_addr; /*

7、 Internet 地址, 4字節(jié)*/ unsigned char sin_zero8; ,注意理解指針和類型強制轉(zhuǎn)換,15,Socket介紹（9）,structin_addr unsigned long s_addr; ;,圖中的紫色部分就是端口和IP地址。這兩個域必須是網(wǎng)絡字節(jié)順序 NetworkByteOrder,struct sockaddr_in short int sin_family; /* 通信類型2字節(jié) */ unsigned short int sin_port; /* 端口, 2字節(jié)*/ struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址, 4

8、字節(jié)*/ unsigned char sin_zero8; ,16,struct in_addr union struct unsigned char s_b1; unsigned char s_b2; unsigned char s_b3; unsigned char s_b4; S_un_b; struct unsigned short s_w1; unsigned short s_w2; S_un_w; unsigned long S_addr; S_un; ;,17,sockaddr只是一個抽象的概況形式，并不實用 sockaddr_in更加結(jié)合了TCP/IP協(xié)議族的特點，易于使用，所

9、以編程中常使用這個結(jié)構(gòu)。 但是：socket本身所封裝的API都是支持sockaddr結(jié)構(gòu)的，所以填充sockaddr_in結(jié)構(gòu)需要強制轉(zhuǎn)換成sockaddr結(jié)構(gòu)，方可作為參數(shù)被socket的標準函數(shù)所使用。例如： int connect( int sockfd, struct sockaddr * servaddr, unsigned int addrlen),Socket介紹（10）,18,字節(jié)順序 主機字節(jié)順序(Host Byte Order) 低位在前，高位在后(little-endian) 基于Intel芯片的機器采取這種存儲方式 網(wǎng)絡字節(jié)順序(Network Byte Order)

10、 高位在前，低位在后(big-endian) Sockaddr_in的變量成員(端口和地址)都必須使用網(wǎng)絡字節(jié)順序,字節(jié)順序,19,例如端口34567的16進制表示是0 x8707。如果定義變量unsigned short sin_port = 34567,0 x11111111,0 x11111112,主機字節(jié)序,.68 1f e3 34 87 07 36.,網(wǎng)絡字節(jié)序,以字節(jié)為最小單位，但是計算機對內(nèi)存的讀取是雙字節(jié)的,如果是ip地址1的16進制表示。如果定義變量unsigned long s_addr = 0 xCA264B0B,0 x22222222,0 x222

11、22225,0B,4B,26,CA,.68 1f CA 26 4B 0B 12.,20,字節(jié)順序,轉(zhuǎn)換字節(jié)順序的函數(shù)（in.h）,uint16_t htons(uint16_t); uint16_t ntohs(uint_16_t); uint32_t htonl(uint32_t); uint32_t ntohl(uint32_t);,h : host n : network s : short (16bit) l : long (32bit),例如：定義struct sockaddr_in sh; unsigned short port = 12345; sh.sin_port = hto

12、ns(port);,htons和ntohs的實現(xiàn)是一樣的；htonl和ntohl一樣,21,前面提到的幾個函數(shù)對于IP地址的轉(zhuǎn)換仍然不方便，因為首先得得到ip地址的數(shù)值表示，而我們習慣于用帶點的字符串來表示，如“1” 因此希望有函數(shù)能處理這樣的請求： 給一個字符串如“1”能返回相應的網(wǎng)絡字節(jié)序的unsigned long值 給一個unsigned long的值能返回一個字符串,字節(jié)順序,22,inet_aton int inet_aton(const char *cp, struct in_addr *inp); 例如將“0”轉(zhuǎn)

13、化為0 xC0A8000A inet_addr unsigned long inet_addr(const char *cp); 功能同上，但不能處理廣播地址 inet_ntoa char * inet_ntoa(struct in_addr in); 例如將0 xC0A8000A轉(zhuǎn)化為“0”,23,TCP通信實驗,注意bind和listen,socket(),bind(),listen(),accept(),write(),read(),read(),TCP Server,close(),socket(),TCP Client,connect(),write(),rea

14、d(),close(),建立連接,客戶請求,服務器響應,結(jié)束連接,24,基本套接口函數(shù)(1)- socket(),int fd; /* socket descriptor */ if (fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) 0) fprintf(stderr,“socket creating errorn”); exit(1); /*注：在TCP或UDP編程的時候，protocol都取0*/,#include int socket(int domain, int type, int protocol); 創(chuàng)建socket 返回：非負整數(shù)描述符表示成功，-1表

15、示出錯 domain一般設為AF_INET，protocol一般設為0,25,基本套接口函數(shù)(2)- connect(),#include int connect(int sockfd, struct sockaddr * servaddr, unsigned int addrlen); 返回：0表示成功，-1表示出錯,connect()由客戶使用, 旨在和服務器建立一個連接。sockfd是函數(shù)socket()返回的套接口描述符, servaddr表示遠程服務器的套接口, addrlen表示套接口地址的長度 注意：之前要先調(diào)用socket()創(chuàng)建套接口,26,TCP通信- 客戶端例子,int

16、fd;/* 套接口描述符 */ struct sockaddr_in srv;/* 套接口地址結(jié)構(gòu) */ fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0)； /* connect: AF_INET表示使用Internet地址族 */ srv.sin_family = AF_INET; /* connect: 目標是連向服務器的 8000 號端口 */ srv.sin_port = htons(8000); /* connect: 目標服務器的 IP Address 是 “1” */ srv.sin_addr.s_addr = inet_addr(“

17、1”); if(connect(fd, (struct sockaddr*) ,27,基本套接口函數(shù)(3)- bind(),#include int bind(int sockfd, struct sockaddr * servaddr, unsigned int addrlen); 返回：0表示成功，-1表示出錯,bind將本機地址(某個或全部地址)與套接口綁定在一起 一般用于服務器綁定自己公認的服務端口號 客戶端一般會在調(diào)用connect函數(shù)時，系統(tǒng)自動為客戶 選擇一個大于1024的端口號，并用客戶本地IP地址填充 套接口地址中的相關項,28,基本套接口函數(shù)(4)-

18、listen(),#include int listen(int sockfd, int backlog); 返回：0表示成功，-1表示出錯,listen只被TCP服務器所使用！ 函數(shù)listen將一個套接口轉(zhuǎn)換為偵聽套接口(listening socket), 因為每個套接口在創(chuàng)建的時候都是主動套接口，等待使用connect函數(shù)發(fā)起連接。而listen將套接口轉(zhuǎn)化為被動的，指示內(nèi)核應接收來自此套接口的連接請求。 backlog參數(shù)指示了內(nèi)核為此套接口排隊的最大連接數(shù)目,29,基本套接口函數(shù)(5)- accept(),#include int accept(int sockfd, struct

19、 sockaddr * addr, unsigned int * addrlen); 返回：非負描述符表示成功，-1表示出錯,函數(shù)accept由TCP服務器在listen函數(shù)之后調(diào)用, 它從偵聽的套接口的完成連接隊列中接收一個連接, 若已完成連接為空, 那么該進程進入睡眠, 處于等待連接的方式 參數(shù)sockfd指定偵聽的套接口描述符, addr和addrlen用以返回與服務器相連接的客戶的協(xié)議地址信息, 如果對客戶地址和端口感興趣, 則可以從addr中提取相關信息 函數(shù)accpet最終返回一個新的套接口描述符, 以標識連接,該函數(shù)是阻塞型的！,30,基本套接口函數(shù)(6)- 其它,#includ

20、e int read( int fd, char *buf, int len); 返回實際接收的緩沖區(qū)大小 int write(int fd, char *buf, int len); 返回實際發(fā)送的緩沖區(qū)大小 int close(int sockfd); int closesocket(int sockfd); 成功返回0, 否則返回-1 還有一些其他的發(fā)送接收函數(shù), 感興趣者可以查閱幫助,31,TCP通信- 服務器例子,int fd;/* 套接口描述符 */ struct sockaddr_in srv;/* 套接口地址結(jié)構(gòu) */ fd = socket(AF_INET, SOCK_STR

21、EAM, 0) /* AF_INET表示使用Internet地址族 */ srv.sin_family = AF_INET; /* 將socket綁定到 8000 號端口，將主機存儲方式轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡存儲方式 */ srv.sin_port = htons(8000); /* bind: INADDR_ANY 表示服務器將接收來自本機上任何一塊網(wǎng)卡的客戶連接 將主機存儲方式轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡存儲方式 */ srv.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); if(bind(fd, (struct sockaddr*) ,32,if(listen(fd, 5) 0) fprin

22、tf(stderr, ”listen error!n); exit(1); newfd = accept(fd, (struct sockaddr*) ,TCP通信- 服務器例子（續(xù)）,33,要求使用linux編寫通信程序 Linux下，寫好源代碼后，gcc file.c o xxx；運行則用./xxx 每調(diào)用一個函數(shù)要進行錯誤檢查及處理 例如 if(listen(fd, 5) 0) socket用完之后要調(diào)用close關閉連接 進一步的思考 程序的水平取決于連接建立后的讀寫操作的設計，當然良好的用戶界面也很重要 accept函數(shù)是一個阻塞型函數(shù)多線程的用武之地,實驗二、TCP、UDP通信程序

23、設計實驗TCP通信實驗注意事項,34,35,UDP通信實驗,socket(),bind(),recvfrom(),sendto(),UDP Server,socket(),UDP Client,sendto(),recvfrom(),close(),阻塞，直到接收到 客戶發(fā)送過來的數(shù)據(jù)報,data request,data reply,36,基本套接口函數(shù)(7),#include int recvfrom(int sockfd, void * buf, int len, int flags, struct sockaddr * from, unsigned int *addrlen); int sendto(int sockfd, const void * msg, int len, int flags, const struct sockaddr * to, unsigned int addrlen);,與TCP不同的是, UDP在通信時, 系統(tǒng)內(nèi)部不記錄套接口地址信息, 都是函數(shù)中主動以參數(shù)的形式指明的. 在TCP情況下, 客戶connect成功后(服務器accept成功后), 每次發(fā)送接收都只需指定套接口描述符就行了, 但是這里每次發(fā)送接收都需要額外附加上對方的套接口地址信息.,阻塞