Socket網(wǎng)絡(luò)編程指導(dǎo)
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什么是Socket？
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BSD Socket（伯克立套接字）是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的UNIX文件描述符和其它程序通訊的一個(gè)方法，目前已經(jīng)被廣泛移植到各個(gè)平臺(tái)。
Socket是獨(dú)立于具體協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程接口。在ISO模型中，主要位于會(huì)話層和傳輸層。
Socket的類型
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流式套接字(SOCK_STREAM)
提供了一個(gè)面向連接，可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)，無(wú)重復(fù)的發(fā)送且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)流量控制，避免數(shù)據(jù)流超限；數(shù)據(jù)被看作是字節(jié)流，無(wú)長(zhǎng)度限制。
數(shù)據(jù)報(bào)式套接字(SOCK_DGRAM)
提供了一個(gè)無(wú)連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包形式被發(fā)送，不提供無(wú)差錯(cuò)保證,數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接收順序無(wú)序。
原始式套接字(SOCK_RAW)
該接口允許對(duì)較低層次協(xié)議，如IP、ICMP直接訪問(wèn)。
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Socket所在層次示意圖
Application program
Stream
Socket
Interface
TCP
UDP
Datagram
Socket
Interface
Raw
Socket
Interface
IP
Physical and data link layers
基本套接字調(diào)用
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創(chuàng)建套接字 socket();
綁定本機(jī)端口 bind();
建立連接 connect();
接受連接 accept();
監(jiān)聽(tīng)端口 listen();
數(shù)據(jù)傳輸 send(), recv() 等;
關(guān)閉套接字 close();
Socket相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
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struct sockaddr_in
{
short int sin_family; /* 通信類型 */
unsigned short int sin_port; /* 端口號(hào),網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序*/
struct in_addr sin_addr; /* Internet 地址,網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序*/
unsigned char sin_zero[8]; /*沒(méi)用*/
};
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr; /* 存儲(chǔ)32bit 的IP地址*/
}
網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序和主機(jī)字節(jié)順序
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Big-Endian Byte Order:字節(jié)的高位在內(nèi)存中放在存儲(chǔ)單元的起始位置
00001010
00010111
00001110
00000110
00001010
00010111
00001110
00000110
Memory
Little-Endian Byte Order : 與Big-Endian相反
A
A+1
A+2
A+3
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Host byte order（ Little-Endian ）
16-bit
32-bit
Network byte order（Big-Endian）
16-bit
32-bit
htons()
ntohs()
htonl()
ntohl()
網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序和主機(jī)字節(jié)順序的轉(zhuǎn)換
IP地址的轉(zhuǎn)換
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int inet_aton(const char* strptr, struct in_addr *addrptr);
從點(diǎn)狀十進(jìn)制到32位2進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，如“202.38.64.185” 到
11001010，00100110，01000000，10111001
char *inet_ntoa(struct in_addr inadd);
與inet_aton()的功能相反
相關(guān)的內(nèi)存操作函數(shù)
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void *memset(void *buffer, int c, int count);
把buffer所指內(nèi)存區(qū)域的前count個(gè)字節(jié)設(shè)置成字符c。
void *memcpy(void *dest, void *src, unsigned int count);
由src所指內(nèi)存區(qū)域復(fù)制count個(gè)字節(jié)到dest所指內(nèi)存區(qū)域。
Void bzero(void *s, int n );
置字節(jié)字符串s的前n個(gè)字節(jié)為零。
域名和IP地址的轉(zhuǎn)換
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struct hostent *gethostbyname(const char *name);
struct hostent
{
char *h_name; /* 主機(jī)的官方域名 */
char **h_aliases; /* 一個(gè)以NULL結(jié)尾的主機(jī)別名數(shù)組 */
int h_addrtype; /* 返回的地址類型，在Internet環(huán)境下為AF- INET */
int h_length; /* 地址的字節(jié)長(zhǎng)度 */
char **h_addr_list; /* 一個(gè)以0結(jié)尾的數(shù)組，包含該主機(jī)的所有地 址*/
};
#define h_addr h_addr_list[0] /*在h-addr-list中的第一個(gè)地址*/
建立Socket
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int socket(int domain, int type, int protocol);
參數(shù)說(shuō)明：
domain：通信使用的協(xié)議族，即網(wǎng)絡(luò)的類型，對(duì)于 TCP/IP來(lái)說(shuō)，是AF_INET
type: SOCK_STREAM / SOCK_DGRAM
protocol: 通常為0
返回整形的socket描述符，如果出錯(cuò)，返回-1
Socket的配置
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Socket描述符是一個(gè)指向內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的指針，它指向描述符表入口。調(diào)用Socket()函數(shù)時(shí)，將建立一個(gè)Socket，為一個(gè)Socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分配存儲(chǔ)空間。
兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)程序之間的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接包括五種信息：通信協(xié)議、本地主機(jī)地址和端口、遠(yuǎn)端主機(jī)地址和端口。
在使用socket進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸以前，必須配置該socket。 面向連接的socket客戶端調(diào)用connect()函數(shù)在socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中保存本地和遠(yuǎn)端信息。
無(wú)連接socket的客戶端和服務(wù)端以及面向連接socket的服務(wù)端通過(guò)調(diào)用bind()函數(shù)來(lái)配置本地信息。
綁定Socket
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int bind(int sockfd，struct sockaddr_in *my_addr, int addrlen);
sockfd是socket()返回的socket描述符；
my_addr是指向包含本機(jī)IP地址及端口號(hào)等信息的 sockaddr類型的指針； addrlen一般被設(shè)置為sizeof(struct sockaddr_in)
成功被調(diào)用時(shí)返回0；出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)返回"-1"
綁定前sockaddr_in的初始化
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my_addr.sin_family = AF_INET; //選擇網(wǎng)絡(luò)類型為TCP/IP
my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“210.45.64.222");
my_addr.sin_port = htons( 8888 ); //選擇端口8888
addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
memset(&my_addr.sin_zero, ‘\0’, sizeof(my_addr.sin_zero));
建立連接（客戶端）
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面向連接的客戶程序使用connect函數(shù)來(lái)配置socket并與遠(yuǎn)端服務(wù)器建立一個(gè)TCP連接，其函數(shù)原型為：
int connect( int sockfd, struct sockaddr_in *serv_addr，int addrlen);
serv_addr是包含遠(yuǎn)端主機(jī)IP地址和端口號(hào)的指針；addrlen是遠(yuǎn)端地址結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度
成功則返回0，出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)返回-1
建立連接（服務(wù)器端）
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服務(wù)器監(jiān)聽(tīng)端口：listen函數(shù)使socket處于被動(dòng)的監(jiān)聽(tīng)模式，并為該socket建立一個(gè)輸入數(shù)據(jù)隊(duì)列，將到達(dá)的服務(wù)請(qǐng)求保存在此隊(duì)列中，直到程序處理它們。
int listen(int sockfd， int backlog);
backlog：請(qǐng)求連接隊(duì)列的最大長(zhǎng)度
成功返回0，出錯(cuò)返回-1
建立連接（服務(wù)器端）
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accept()函數(shù)讓服務(wù)器接收客戶的連接請(qǐng)求。在建立好輸入隊(duì)列后，服務(wù)器就調(diào)用accept函數(shù)，然后睡眠并等待客戶的連接請(qǐng)求。
int accept(int sockfd, sockaddr_in *addr, int *addrlen);
addr是指向sockaddr_in變量的指針，該變量存放提出連接請(qǐng)求服務(wù)的主機(jī)的信息
返回新的socket描述符，和請(qǐng)求連接進(jìn)程的地址聯(lián)系起來(lái)在新的socket描述符上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作。原來(lái)的socket繼續(xù)listen
數(shù)據(jù)傳輸(1)
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send()和recv()這兩個(gè)函數(shù)用于面向連接的socket上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
send()函數(shù)原型為：
int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags);
sockfd是用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的socket描述符；msg是指向要發(fā)送數(shù)據(jù)的指針；len是以字節(jié)為單位的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；flags一般置為0
send() 返回實(shí)際發(fā)送的字節(jié)數(shù)，可能會(huì)少于希望發(fā)送的數(shù)據(jù)。在程序中應(yīng)該將send()的返回值與欲發(fā)送的字節(jié)數(shù)進(jìn)行比較。當(dāng)返回值與len不匹配時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行處理。
數(shù)據(jù)傳輸(2)
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recv()函數(shù)原型為：
int recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags);
buf 是存放接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；len是緩沖區(qū)的長(zhǎng)度。flags也被置為0。
recv()返回實(shí)際接收的字節(jié)數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，返回-1
數(shù)據(jù)傳輸(3)
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sendto()和recvfrom()用于在無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)socket方
式下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。由于本地socket沒(méi)有與遠(yuǎn)端機(jī)器建立連接，所以在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)要指明目的地址。
sendto()函數(shù)原型為：
int sendto(int sockfd, const void *buf，int buflen， unsigned int flags, const struct sockaddr_in *to, int tolen);
數(shù)據(jù)傳輸(4)
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recvfrom()函數(shù)原型為：
int recvfrom(int sockfd，void *buf，int buflen， unsigned int flags，struct sockaddr_in *from，int *fromlen);
recvfrom()函數(shù)返回接收到的字節(jié)數(shù)，當(dāng)出錯(cuò)時(shí)返回-1
結(jié)束傳輸
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close()函數(shù)用于釋放socket，停止在該socket上的任何數(shù)據(jù)操作： close(sockfd);
也可以調(diào)用shutdown() 來(lái)關(guān)閉該socket
該函數(shù)允許只停止某個(gè)方向上的數(shù)據(jù)傳輸，而一個(gè)方向上的數(shù)據(jù)傳輸繼續(xù)進(jìn)行。
int shutdown(int sockfd，int how);
參數(shù) how允許為shutdown操作選擇以下幾種方式：
0-------不允許繼續(xù)接收數(shù)據(jù)
1-------不允許繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)
2-------不允許繼續(xù)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，
shutdown在操作成功時(shí)返回0，出錯(cuò)時(shí)返回-1。
C/S結(jié)構(gòu)
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服務(wù)器端要先啟動(dòng)，提供相應(yīng)服務(wù)：
1：打開(kāi)一通信通道并告知本地主機(jī)，它愿意在某一個(gè)公認(rèn)地址上接收客戶請(qǐng)求。
2：等待客戶請(qǐng)求到達(dá)該端口。
3：接收到服務(wù)請(qǐng)求，處理該請(qǐng)求并發(fā)送應(yīng)答信號(hào)。
4：返回第二步，等待另一客戶請(qǐng)求
5：關(guān)閉服務(wù)器。
客戶端：
1、打開(kāi)一通信通道，并連接到服務(wù)器所在主機(jī)的特定端口。
2、向服務(wù)器發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求報(bào)文，等待并接收應(yīng)答；繼續(xù)提出請(qǐng)求……
3、請(qǐng)求結(jié)束后關(guān)閉通信通道并終止。
流程圖
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TCP服務(wù)器端
(循環(huán)服務(wù)器)
TCP客戶端
socket( )
bind( )
listen( )
accept( )
socket( )
send( )
connect( )
recv( )
recv( )
send( )
close( )
close( )
UDP服務(wù)器端
UDP客戶端
socket( )
bind( )
listen( )
recvfrom( )
sendto( )
socket( )
bind( )
close( )
close( )
簡(jiǎn)單的例子
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int sockfd, newsockfd,addr_len, sendnum;
struct sockaddr_in my_addr, their_addr;
char * msg = “welcome”;
sockfd = socket( AF_INET, SOCK_STREAM, 0 ); //建立socket
my_addr.sin_family = AF_INET; //選擇網(wǎng)絡(luò)類型為TCP/IP
my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“210.45.64.222");
my_addr.sin_port = htons( 8888 ); //選擇端口8888
addr_len = sizeof( struct sockaddr_in);
memset(&my_addr.sin_zero, ‘\0’, sizeof(my_addr.sin_zero));
bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, addr_len); //綁定socket
listen(sockfd,10); //監(jiān)聽(tīng)，等待連接，等待連接隊(duì)列最大長(zhǎng)度為10
簡(jiǎn)單的例子（續(xù)）
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While( 1 )
{
newsockfd = accept( sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, addr_len);
sendnum = send(newsockfd, msg, strlen(msg)+1, 0);
……
close(newsockfd);
}
close(sockfd);
阻塞與非阻塞(1)
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阻塞函數(shù)：指其完成指定的任務(wù)之前不允許程序調(diào)用另一個(gè)函數(shù)，在Windows下還會(huì)阻塞本線程消息的發(fā)送。
eg: recv( ) ,當(dāng)socket工作在阻塞模式的時(shí)候，如果沒(méi)有數(shù)據(jù)的情況下調(diào)用該函數(shù)，則當(dāng)前線程會(huì)被掛起，直到有數(shù)據(jù)為止。
非阻塞函數(shù)：指操作啟動(dòng)之后，如果可以立即得到結(jié)果就返回結(jié)果，否則返回表示結(jié)果需要等待的錯(cuò)誤信息，不等待任務(wù)完成函數(shù)就返回。
使用非阻塞I/O的方式：select()
例子:
while(1){//執(zhí)行循環(huán) 一邊輸出一邊也不要忘了輸入
FD_ZERO(&wt_set); FD_ZERO(&rd_set);
FD_CLR(s,&wt_set); FD_CLR(s,&rd_set);
FD_SET(s,&wt_set); FD_SET(s,&rd_set);
timeout.tv_sec = 0;
timeout.tv_usec =500000;
z=select(s+1,&rd_set,&wt_set,NULL,&timeout);
if(FD_ISSET(s,&rd_set)){//有數(shù)據(jù)可讀
z=recv(s,&recvBuff,sizeof recvBuff-1,0);
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阻塞與非阻塞(2)
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在Berkeley socket函數(shù)部分中，不涉及網(wǎng)絡(luò)I/O、本地端工作的函數(shù)是非阻塞函數(shù)
在Berkeley socket函數(shù)部分中，網(wǎng)絡(luò)I/O的函數(shù)是可阻塞函數(shù)，也就是它們可以阻塞執(zhí)行，也可以不阻塞執(zhí)行。這些函數(shù)都使用了一個(gè)socket，如果它們使用的socket是阻塞的，則這些函數(shù)是阻塞函數(shù)；如果它們使用的socket是非阻塞的，則這些函數(shù)是非阻塞函數(shù)。
并發(fā)服務(wù)器
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TCP服務(wù)器端(并發(fā)服務(wù)器)
socket( )
bind( )
listen( )
accept( )
send( )
recv( )
close( )
fork( ) //派生新進(jìn)程
close( )
主進(jìn)程在accept之后派生新進(jìn)程，然后主進(jìn)程繼續(xù)listen,處理新的連接請(qǐng)求
新進(jìn)程自行和客戶端通信，新進(jìn)程和主進(jìn)程搶占CPU
WinSock API
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WinSock是一個(gè)基于Socket模型的API，在Microsoft Windows操作系統(tǒng)類中使用。
它在Berkeley接口函數(shù)的基礎(chǔ)之上，還增加了基于消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制的Windows擴(kuò)展函數(shù)。
Winscok1.1只支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò),WinSock2.0增加了對(duì)更多協(xié)議的支持。
Windows下的Socket編程(1)
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和linux下基本相同，需要包含winsock2.h
需要使用Ws_32.lib，可以用以下語(yǔ)句通告程序編譯時(shí)調(diào)用該庫(kù)：
#pragma comment(lib,"Ws2_32.lib") ;
WinSock以DLL的形式提供，在調(diào)用任何WinSock API之前，必須調(diào)用函數(shù)WSAStartup()進(jìn)行初始化，最后，調(diào)用函數(shù)WSACleanUp()作清理工作。
Windows下的Socket編程(2)
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WSADATA wsd;
//設(shè)置WINSOCK的版本
WORD wVersionRequested=MAKEWORD(2,2);
WSAStartup(wVersionRequested,&wsd) ; //初始化
。。。。。。。。。
WSACleanUp();
Windows下的Socket編程(3)
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MFC提供了兩個(gè)類CAsyncSocket和CSocket來(lái)封裝WinSock API，提供了更簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)編程接口。
CAsyncSocket在較低層次上封裝了WinSock API，缺省情況下，使用該類創(chuàng)建的socket是非阻塞的socket，所有操作都會(huì)立即返回，如果沒(méi)有得到結(jié)果，返回WSAEWOULDBLOCK，表示是一個(gè)阻塞操作。
Windows下的Socket編程(4)
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CSocket是CAsyncSocket的派生類，缺省情況下使用該類創(chuàng)建的socket是非阻塞的socket，但是CSocket的網(wǎng)絡(luò)I/O是阻塞的，它在完成任務(wù)之后才返回。
CSocket的阻塞不是建立在“阻塞”socket的基礎(chǔ)上，而是在“非阻塞”socket上實(shí)現(xiàn)的阻塞操作
網(wǎng)絡(luò)編程作業(yè)要求
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不分組，每人獨(dú)立完成。
基于C/S或P2P結(jié)構(gòu)，使用UDP或TCP協(xié)議皆可。
最好使用基本SOCKET API,不反對(duì)使用CAsyncSocket和
CSocket類，但不準(zhǔn)使用和傳輸相關(guān)的控件。
期末提交設(shè)計(jì)文檔，源碼，及可執(zhí)行文件。
提交時(shí)間為12月份，具體提交日期及提交方式待定。
可選題目I
BBS發(fā)帖程序
通過(guò)term方式（202.38.64.3:23）或者通過(guò)web方式
完成在test版發(fā)一貼的功能（多發(fā)會(huì)被永久封賬號(hào)）
Bbs賬號(hào)和密碼使用命令行參數(shù)或其他方式設(shè)置，不要直接寫在程序里
對(duì)于term方式下的程序，要求能監(jiān)視程序運(yùn)行過(guò)程（也就是說(shuō)在程序運(yùn)行的時(shí)候要把服務(wù)器的輸出打印到屏幕）
Referrence:
http協(xié)議:http://en.wikipedia.org/wiki/HTTP
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可選題目II
完成一個(gè)HTTP服務(wù)器
使用HTTP 1.1協(xié)議
支持最大至少10個(gè)并發(fā)連接（fork創(chuàng)建子進(jìn)程）
要求服務(wù)器程序運(yùn)行以后，能在瀏覽器中訪問(wèn)文件，正常顯示
Web server的根目錄使用命令行參數(shù)或者其他方式制定，不要寫在程序代碼里
文件不存在時(shí)返回瀏覽器404錯(cuò)誤
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40/37
謝謝
聯(lián)系客服
