實(shí)驗(yàn)七：Linux-Socket編程-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)七：Linux Socket編程學(xué)校：院系：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)： 指導(dǎo)教師：目 錄一、實(shí)驗(yàn)題目3二、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)3三、指導(dǎo)老師3四、實(shí)驗(yàn)日期3五、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?六、實(shí)驗(yàn)原理36.1 什么是Socket36.2 Socket建立36.3 Socket配置46.4 連接建立56.5 數(shù)據(jù)傳輸66.6 結(jié)束傳輸7 七、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果77.1 編譯服務(wù)端（server.c）77.2 編譯客戶端（client.c）87.3 服務(wù)端與客戶端交互8八、報(bào)告書(shū)寫(xiě)人8附錄一 服務(wù)端（server.c）9附錄二 客戶端（client.c）11實(shí)驗(yàn)七：Linux Socket編程一、實(shí)驗(yàn)題目Linu

2、x Socket編程二、實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)3學(xué)時(shí)三、指導(dǎo)老師四、實(shí)驗(yàn)日期2018年12月17日星期一五、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1)了解socket含義(2)設(shè)計(jì)socket程序，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)器端和客戶端的通信六、實(shí)驗(yàn)原理6.1 什么是Socket Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，Socket接口定義了許多函數(shù)或例程，程序員可以用它們來(lái)開(kāi)發(fā)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序。要學(xué)Internet上的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程，必須理解Socket接口。 Socket接口設(shè)計(jì)者最先是將接口放在Unix操作系統(tǒng)里面的。如果了解Unix系統(tǒng)的輸入和輸出的話，就很容易了解Socket了。網(wǎng)絡(luò)的Socket數(shù)據(jù)傳輸是一種特殊的

3、I/O，Socket也是一種文件描述符。Socket也具有一個(gè)類似于打開(kāi)文件的函數(shù)調(diào)用Socket()，該函數(shù)返回一個(gè)整型的Socket描述符，隨后的連接建立、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔僮鞫际峭ㄟ^(guò)該Socket實(shí)現(xiàn)的。常用的Socket類型有兩種：流式Socket（SOCK_STREAM）和數(shù)據(jù)報(bào)式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一種面向連接的Socket，針對(duì)于面向連接的TCP服務(wù)應(yīng)用；數(shù)據(jù)報(bào)式Socket是一種無(wú)連接的Socket，對(duì)應(yīng)于無(wú)連接的UDP服務(wù)應(yīng)用。 6.2 Socket建立為了建立Socket，程序可以調(diào)用Socket函數(shù)，該函數(shù)返回一個(gè)類似于文件描述符的句柄。socket函數(shù)

4、原型為： int socket(int domain, int type, int protocol); domain指明所使用的協(xié)議族，通常為PF_INET，表示互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議族（TCP/IP協(xié)議族）；type參數(shù)指定socket的類型：SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口還定義了原始Socket（SOCK_RAW），允許程序使用低層協(xié)議；protocol通常賦值0。Socket()調(diào)用返回一個(gè)整型socket描述符，你可以在后面的調(diào)用使用它。 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)，socket執(zhí)行體將建立一個(gè)So

5、cket，實(shí)際上建立一個(gè)Socket意味著為一個(gè)Socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分配存儲(chǔ)空間。Socket執(zhí)行體為你管理描述符表。 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、本地協(xié)議地址、本地主機(jī)端口、遠(yuǎn)端主機(jī)地址和遠(yuǎn)端協(xié)議端口。Socket數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中包含這五種信息。 6.3 Socket配置 通過(guò)socket調(diào)用返回一個(gè)socket描述符后，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客戶端通過(guò)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

6、信息。 Bind函數(shù)將socket與本機(jī)上的一個(gè)端口相關(guān)聯(lián)，隨后你就可以在該端口監(jiān)聽(tīng)服務(wù)請(qǐng)求。Bind函數(shù)原型為： int bind(int sockfd,struct sockaddr *my_addr, int addrlen); Sockfd是調(diào)用socket函數(shù)返回的socket描述符,my_addr是一個(gè)指向包含有本機(jī)IP地址及端口號(hào)等信息的sockaddr類型的指針；addrlen常被設(shè)置為sizeof(struct sockaddr)。 struct sockaddr結(jié)構(gòu)類型是用來(lái)保存socket信息的： struct sockaddr unsigned short sa_fam

7、ily; /* 地址族， AF_xxx */ char sa_data14; /* 14 字節(jié)的協(xié)議地址 */ ; sa_family一般為AF_INET，代表Internet（TCP/IP）地址族；sa_data則包含該socket的IP地址和端口號(hào)。 另外還有一種結(jié)構(gòu)類型： struct sockaddr_in short int sin_family; /* 地址族 */ unsigned short int sin_port; /* 端口號(hào) */ struct in_addr sin_addr; /* IP地址 */ unsigned char sin_zero8; /* 填充0 以保

8、持與struct sockaddr同樣大小 */ ; 這個(gè)結(jié)構(gòu)更方便使用。sin_zero用來(lái)將sockaddr_in結(jié)構(gòu)填充到與struct sockaddr同樣的長(zhǎng)度，可以用bzero()或memset()函數(shù)將其置為零。指向sockaddr_in 的指針和指向sockaddr的指針可以相互轉(zhuǎn)換，這意味著如果一個(gè)函數(shù)所需參數(shù)類型是sockaddr時(shí)，你可以在函數(shù)調(diào)用的時(shí)候?qū)⒁粋€(gè)指向sockaddr_in的指針轉(zhuǎn)換為指向sockaddr的指針；或者相反。 使用bind函數(shù)時(shí)，可以用下面的賦值實(shí)現(xiàn)自動(dòng)獲得本機(jī)IP地址和隨機(jī)獲取一個(gè)沒(méi)有被占用的端口號(hào)： my_addr.sin_port = 0;

9、 /* 系統(tǒng)隨機(jī)選擇一個(gè)未被使用的端口號(hào) */ my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* 填入本機(jī)IP地址 */ 通過(guò)將my_addr.sin_port置為0，函數(shù)會(huì)自動(dòng)為你選擇一個(gè)未占用的端口來(lái)使用。同樣，通過(guò)將my_addr.sin_addr.s_addr置為INADDR_ANY，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)填入本機(jī)IP地址。 注意在使用bind函數(shù)是需要將sin_port和sin_addr轉(zhuǎn)換成為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)優(yōu)先順序；而sin_addr則不需要轉(zhuǎn)換。 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)有兩種字節(jié)優(yōu)先順序：高位字節(jié)優(yōu)先和低位字節(jié)優(yōu)先。Internet上數(shù)據(jù)以高位字節(jié)優(yōu)先順序在網(wǎng)絡(luò)上傳輸，所以

10、對(duì)于在內(nèi)部是以低位字節(jié)優(yōu)先方式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的機(jī)器，在Internet上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)就需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，否則就會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致。 下面是幾個(gè)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換函數(shù)： htonl()：把32位值從主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序 htons()：把16位值從主機(jī)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序 ntohl()：把32位值從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成主機(jī)字節(jié)序 ntohs()：把16位值從網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序轉(zhuǎn)換成主機(jī)字節(jié)序 Bind()函數(shù)在成功被調(diào)用時(shí)返回0；出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)返回-1并將errno置為相應(yīng)的錯(cuò)誤號(hào)。需要注意的是，在調(diào)用bind函數(shù)時(shí)一般不要將端口號(hào)置為小于1024的值，因?yàn)?到1024是保留端口號(hào)，你可以選擇大于1024中的任何一個(gè)沒(méi)有

11、被占用的端口號(hào)。 6.4 連接建立 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 *serv_addr,int addrlen); Sockfd是socket函數(shù)返回的socket描述符；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。Connect函數(shù)在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)返回-1，并且設(shè)置errno為相應(yīng)的錯(cuò)誤碼。進(jìn)行客戶端程序設(shè)計(jì)無(wú)須調(diào)用bind()，因?yàn)檫@種情況下只需知道目的機(jī)器的IP地址，而客戶通過(guò)哪個(gè)端口與服

12、務(wù)器建立連接并不需要關(guān)心，socket執(zhí)行體為你的程序自動(dòng)選擇一個(gè)未被占用的端口，并通知你的程序數(shù)據(jù)什么時(shí)候到打斷口。 Connect函數(shù)啟動(dòng)和遠(yuǎn)端主機(jī)的直接連接。只有面向連接的客戶程序使用socket時(shí)才需要將此socket與遠(yuǎn)端主機(jī)相連。無(wú)連接協(xié)議從不建立直接連接。面向連接的服務(wù)器也從不啟動(dòng)一個(gè)連接，它只是被動(dòng)的在協(xié)議端口監(jiān)聽(tīng)客戶的請(qǐng)求。 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); Sockfd是Socket系統(tǒng)調(diào)用返回

13、的socket 描述符；backlog指定在請(qǐng)求隊(duì)列中允許的最大請(qǐng)求數(shù)，進(jìn)入的連接請(qǐng)求將在隊(duì)列中等待accept()它們（參考下文）。Backlog對(duì)隊(duì)列中等待服務(wù)的請(qǐng)求的數(shù)目進(jìn)行了限制，大多數(shù)系統(tǒng)缺省值為20。如果一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求到來(lái)時(shí)，輸入隊(duì)列已滿，該socket將拒絕連接請(qǐng)求，客戶將收到一個(gè)出錯(cuò)信息。 當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)listen函數(shù)返回-1，并置相應(yīng)的errno錯(cuò)誤碼。 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, void *addr, int *addrlen)

14、; sockfd是被監(jiān)聽(tīng)的socket描述符，addr通常是一個(gè)指向sockaddr_in變量的指針，該變量用來(lái)存放提出連接請(qǐng)求服務(wù)的主機(jī)的信息（某臺(tái)主機(jī)從某個(gè)端口發(fā)出該請(qǐng)求）；addrten通常為一個(gè)指向值為sizeof(struct sockaddr_in)的整型指針變量。出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)accept函數(shù)返回-1并置相應(yīng)的errno值。 首先，當(dāng)accept函數(shù)監(jiān)視的socket收到連接請(qǐng)求時(shí)，socket執(zhí)行體將建立一個(gè)新的socket，執(zhí)行體將這個(gè)新socket和請(qǐng)求連接進(jìn)程的地址聯(lián)系起來(lái)，收到服務(wù)請(qǐng)求的初始socket仍可以繼續(xù)在以前的 socket上監(jiān)聽(tīng)，同時(shí)可以在新的socket描述符

15、上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸操作。 6.5 數(shù)據(jù)傳輸 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是你想用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的socket描述符；msg是一個(gè)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)的長(zhǎng)度；flags一般情況下置為0（關(guān)于該參數(shù)的用法可參照man手冊(cè)）。 Send()函數(shù)返回實(shí)際上發(fā)送出的字節(jié)數(shù)，可能會(huì)少于你希望發(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)send()返回值

16、與len不匹配時(shí)，應(yīng)該對(duì)這種情況進(jìn)行處理。 char *msg = Hello!; int len, bytes_sent; len = strlen(msg); bytes_sent = send(sockfd, msg,len,0); recv()函數(shù)原型為： int recv(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags); Sockfd是接受數(shù)據(jù)的socket描述符；buf 是存放接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)；len是緩沖的長(zhǎng)度。Flags也被置為0。Recv()返回實(shí)際上接收的字節(jié)數(shù)，當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，返回-1并置相應(yīng)的errno值。 Sendto(

17、)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并沒(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)應(yīng)指明目的地址。 sendto()函數(shù)原型為： int sendto(int sockfd, const void *msg,int len,unsigned int flags,const struct sockaddr *to, int tolen); 該函數(shù)比send()函數(shù)多了兩個(gè)參數(shù)，to表示目地機(jī)的IP地址和端口號(hào)信息，而tolen常常被賦值為sizeof (struct sockaddr)。Sendto 函數(shù)也返回實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度或在出現(xiàn)

18、發(fā)送錯(cuò)誤時(shí)返回-1。 Recvfrom()函數(shù)原型為： int recvfrom(int sockfd,void *buf,int len,unsigned int flags,struct sockaddr *from,int *fromlen); from是一個(gè)struct sockaddr類型的變量，該變量保存源機(jī)的IP地址及端口號(hào)。fromlen常置為sizeof (struct sockaddr)。當(dāng)recvfrom()返回時(shí)，fromlen包含實(shí)際存入from中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。Recvfrom()函數(shù)返回接收到的字節(jié)數(shù)或當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)返回-1，并置相應(yīng)的errno。 如果你對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)so

19、cket調(diào)用了connect()函數(shù)時(shí)，你也可以利用send()和recv()進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，但該socket仍然是數(shù)據(jù)報(bào)socket，并且利用傳輸層的UDP服務(wù)。但在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，內(nèi)核會(huì)自動(dòng)為之加上目地和源地址信息。 6.6 結(jié)束傳輸 當(dāng)所有的數(shù)據(jù)操作結(jié)束以后，你可以調(diào)用close()函數(shù)來(lái)釋放該socket，從而停止在該socket上的任何數(shù)據(jù)操作： close(sockfd); 你也可以調(diào)用shutdown()函數(shù)來(lái)關(guān)閉該socket。該函數(shù)允許你只停止在某個(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。如你可以關(guān)閉某socket的寫(xiě)操作而允許繼續(xù)在該socket上接受數(shù)據(jù)，直至

20、讀入所有數(shù)據(jù)。 int shutdown(int sockfd,int how); Sockfd是需要關(guān)閉的socket的描述符。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)，均為允許則調(diào)用close () shutdown在操作成功時(shí)返回0，在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)返回-1并置相應(yīng)errno。 七、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果7.1 編譯服務(wù)端（server.c）7.2 編譯客戶端（client.c）7.3 服務(wù)端與客戶端交互八、報(bào)告書(shū)寫(xiě)人附錄一 服務(wù)端（server.c）#include #include #include #

21、include #include #include #include #include #include #include #include #include #define SERVER_PORT 10086int main() int serverSocket; struct sockaddr_in server_addr; struct sockaddr_in clientAddr; int addr_len = sizeof(clientAddr); int client; char buffer200; int iDataNum; if(serverSocket = socket(A

22、F_INET, SOCK_STREAM, 0) 0) perror(socket); return 1; bzero(&server_addr, sizeof(server_addr); server_addr.sin_family = AF_INET; server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); if(bind(serverSocket, (struct sockaddr *)&server_addr, sizeof(server_addr) 0) pe

23、rror(connect); return 1; if(listen(serverSocket, 5) 0) perror(listen); return 1; while(1) printf(監(jiān)聽(tīng)端口: %dn, SERVER_PORT); client = accept(serverSocket, (struct sockaddr*)&clientAddr, (socklen_t*)&addr_len); if(client 0) perror(accept); continue; printf(等待消息.n); printf(IP is %sn, inet_ntoa(clientAddr.sin_addr); printf(Port is %dn, htons(clientAddr.sin_port); while(1) printf(讀取消息:); buffer0 = 0; iDataNum = recv(client, buffer, 1024, 0); if(iDataNum 0) perror(recv null); continue; bufferiDataNum = 0; if(strcmp(buffer, quit) = 0) break; printf(%sn, buffer); if(strcmp(buffer, quit) =