互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)課件

1、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)1 第三章、迭代服務(wù)器與客戶(hù)端第三章、迭代服務(wù)器與客戶(hù)端 nTCP套接字編程基本步驟套接字編程基本步驟 n套接字編程基本函數(shù)套接字編程基本函數(shù) n迭代迭代echo服務(wù)器服務(wù)器 n迭代迭代echo客戶(hù)端客戶(hù)端 n測(cè)試用例測(cè)試用例 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)2 1. TCP套接字編程基本步驟套接字編程基本步驟 nTCP套接字基本步驟分為服務(wù)器端和客戶(hù)端兩部分：套接字基本步驟分為服務(wù)器端和客戶(hù)端兩部分： n服務(wù)器端服務(wù)器端 v創(chuàng)建套接字創(chuàng)建套接字 v綁定套接字綁定套接字 v設(shè)置套接字為監(jiān)聽(tīng)模式，進(jìn)入被動(dòng)接受連接狀態(tài)設(shè)置套接字為監(jiān)聽(tīng)模式，進(jìn)入被動(dòng)接受連接狀態(tài) v接受請(qǐng)求，建立連接接受請(qǐng)求，建立連

2、接 v讀寫(xiě)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)數(shù)據(jù) v終止連接終止連接 n客戶(hù)端步驟客戶(hù)端步驟 v創(chuàng)建套接字創(chuàng)建套接字 v與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立連接與遠(yuǎn)程服務(wù)器建立連接 v讀讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù) 終止連接終止連接 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)3 TCP套接字編程（套接字編程（cont.） socket() bind() listen() accept() read() write() close() socket() connect() write() read() close() 阻塞直到接收 到客戶(hù)連接請(qǐng)求 TCP服務(wù)器端 TCP客戶(hù)端 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)4 2. 套接字編程基本函數(shù)套接字編程基本函數(shù) n bind函數(shù)函數(shù) #include

3、 int bind(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_len len) 返回：返回：0成功；成功；-1出錯(cuò)出錯(cuò) n 該函數(shù)用于給傳輸層的該函數(shù)用于給傳輸層的socket分配地址，其深層含義是在分配地址，其深層含義是在 分用分用Packet的時(shí)候，協(xié)議棧通過(guò)檢查的時(shí)候，協(xié)議棧通過(guò)檢查inpcb中的地址，確中的地址，確 定定packet應(yīng)該傳送給哪個(gè)應(yīng)該傳送給哪個(gè)socket n 一般而言，服務(wù)器調(diào)用此函數(shù)，而客戶(hù)則很少調(diào)用它。一般而言，服務(wù)器調(diào)用此函數(shù)，而客戶(hù)則很少調(diào)用它。 n 綁定地址時(shí)，可以指定地址和端口號(hào)，也可以指定其中之綁定地址時(shí)，可以

4、指定地址和端口號(hào)，也可以指定其中之 一，甚至一個(gè)也不指定。通配地址：一，甚至一個(gè)也不指定。通配地址：INADDR_ANY 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)5 bind函數(shù)（續(xù)）函數(shù)（續(xù)） n 另外，需要注意以下幾點(diǎn)：另外，需要注意以下幾點(diǎn)： 參數(shù)參數(shù)addr中的相關(guān)字段在初始化時(shí)，必須是網(wǎng)絡(luò)字節(jié)中的相關(guān)字段在初始化時(shí)，必須是網(wǎng)絡(luò)字節(jié) 序；序； 如果由內(nèi)核來(lái)選擇如果由內(nèi)核來(lái)選擇IP地址和臨時(shí)端口號(hào)，函數(shù)并不返地址和臨時(shí)端口號(hào)，函數(shù)并不返 回所選擇的值。為了獲得這些值，進(jìn)程必須調(diào)用回所選擇的值。為了獲得這些值，進(jìn)程必須調(diào)用 getsockname函數(shù)函數(shù) 函數(shù)函數(shù)bind返回的一個(gè)常見(jiàn)錯(cuò)誤是：返回的一個(gè)常見(jiàn)錯(cuò)誤是

5、：EADDRINUSE，我，我 們可以通過(guò)設(shè)置套接口選項(xiàng)們可以通過(guò)設(shè)置套接口選項(xiàng)SO_REUSEADDR。 IP地址地址端口端口結(jié)果結(jié)果 通配地址通配地址0內(nèi)核選擇內(nèi)核選擇IP地址和端口號(hào)地址和端口號(hào) 通配地址通配地址非非0 內(nèi)核選擇內(nèi)核選擇IP地址，進(jìn)程指定端口地址，進(jìn)程指定端口 本地本地IP0 進(jìn)程指定進(jìn)程指定IP地址，內(nèi)核選擇端口地址，內(nèi)核選擇端口 本地本地IP非非0 進(jìn)程指定進(jìn)程指定IP地址和端口號(hào)地址和端口號(hào) 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)6 bind函數(shù)的用法函數(shù)的用法 struct sockaddr_in addr; int port = 1234; addr.sin_family = AF_

6、INET; addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); addr.sin_port = htons(port); if (bind(fd, (struct sockaddr *) 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)8 listen函數(shù)（續(xù)）函數(shù)（續(xù)） 三路握手完成 兩隊(duì)列之和不能 超過(guò)backlog 已完成連接隊(duì)列 (ESTABLISHED狀態(tài)) 未完成連接隊(duì)列 (SYN_RCVD狀態(tài)) 新到達(dá)的SYN分節(jié) 服務(wù)器 accept 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)9 Client Server Socket Connect(blocks) (active open) Socket,bind

7、,listen (passive open)SYN J SYN K, ack J+1 ack K+1 Accept return Read (blocks) Connect return 連接完成，連接完成， 進(jìn)入已建連隊(duì)列進(jìn)入已建連隊(duì)列 RTT 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)10 listen函數(shù)（續(xù)）函數(shù)（續(xù)） n 另外幾點(diǎn)說(shuō)明：另外幾點(diǎn)說(shuō)明： 不同的實(shí)現(xiàn)對(duì)不同的實(shí)現(xiàn)對(duì)backlog有不同的解釋?zhuān)缭醋杂胁煌慕忉專(zhuān)缭醋?Berkeley的實(shí)現(xiàn)將的實(shí)現(xiàn)將backlog增加一個(gè)模糊因子，把它增加一個(gè)模糊因子，把它 乘以乘以1.5，再作為兩個(gè)隊(duì)列之和；，再作為兩個(gè)隊(duì)列之和； 不要把不要把backlog定義

8、為定義為0，因?yàn)橛行?shí)現(xiàn)允許，因?yàn)橛行?shí)現(xiàn)允許1個(gè)連接個(gè)連接 排隊(duì)，而有些實(shí)現(xiàn)不允許連接排隊(duì)；排隊(duì)，而有些實(shí)現(xiàn)不允許連接排隊(duì)； 當(dāng)一個(gè)客戶(hù)當(dāng)一個(gè)客戶(hù)SYN到達(dá)時(shí)，若兩個(gè)隊(duì)列都是滿(mǎn)的，到達(dá)時(shí)，若兩個(gè)隊(duì)列都是滿(mǎn)的，tcp就就 忽略此分節(jié)，且不發(fā)送忽略此分節(jié)，且不發(fā)送RST。這是因?yàn)?，這種情況是。這是因?yàn)椋@種情況是 暫時(shí)的，客戶(hù)暫時(shí)的，客戶(hù)tcp將重發(fā)將重發(fā)SYN，期望不久的將來(lái)就能在，期望不久的將來(lái)就能在 隊(duì)列中找到空閑條目。隊(duì)列中找到空閑條目。 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)11 基本套接字函數(shù)基本套接字函數(shù)accept #include int accept(int sockfd, struct sock

9、addr *cliaddr, socklen_t *addrlen); 返回：非負(fù)描述字返回：非負(fù)描述字OK；-1出錯(cuò)；出錯(cuò)； n accept函數(shù)由函數(shù)由TCP服務(wù)器調(diào)用；從已完成連接隊(duì)列頭返回服務(wù)器調(diào)用；從已完成連接隊(duì)列頭返回 下一個(gè)已完成連接；如果該隊(duì)列空，則進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)。下一個(gè)已完成連接；如果該隊(duì)列空，則進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)。 n 函數(shù)返回的套接字為連接套接字，應(yīng)與監(jiān)聽(tīng)套接字區(qū)分開(kāi)函數(shù)返回的套接字為連接套接字，應(yīng)與監(jiān)聽(tīng)套接字區(qū)分開(kāi) 來(lái)來(lái) n 該函數(shù)最多該函數(shù)最多：一個(gè)既可能是新套接字也可能是：一個(gè)既可能是新套接字也可能是 錯(cuò)誤指示的整數(shù)，一個(gè)客戶(hù)進(jìn)程的協(xié)議地址（由錯(cuò)誤指示的整數(shù)，一個(gè)客

10、戶(hù)進(jìn)程的協(xié)議地址（由cliaddr 所指），以及該地址的大?。ㄟ@后兩個(gè)參數(shù)是值結(jié)果參所指），以及該地址的大?。ㄟ@后兩個(gè)參數(shù)是值結(jié)果參 數(shù)）；也就是說(shuō)，服務(wù)器可以通過(guò)參數(shù)數(shù)）；也就是說(shuō)，服務(wù)器可以通過(guò)參數(shù)cliaddr來(lái)得到請(qǐng)來(lái)得到請(qǐng) 求連接并獲得成功的客戶(hù)的地址和端口號(hào)；求連接并獲得成功的客戶(hù)的地址和端口號(hào)； 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)12 accept函數(shù)示例函數(shù)示例 struct sockaddr_in servaddr, cliaddr; socklen_tlen; int listenfd, connfd; connfd = accept(listenfd, (struct sockaddr *

11、) if (connfd = -1) /* 出錯(cuò)處理出錯(cuò)處理 */ printf(“ connection from %s, port = %dn”, inet_ntop(AF_INET, cliaddr.sin_addr, buff, sizeof(buf), ntons(cliaddr.sin_port); 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)13 基本套接字函數(shù)基本套接字函數(shù)connect #include int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen); 返回：返回：0成功；成功；-1出錯(cuò)出錯(cuò)； n 函數(shù)函數(shù)c

12、onnect激發(fā)激發(fā)TCP的三路握手過(guò)程；僅在成功或出錯(cuò)返回；錯(cuò)誤有的三路握手過(guò)程；僅在成功或出錯(cuò)返回；錯(cuò)誤有 以下幾種情況：以下幾種情況： 如果客戶(hù)沒(méi)有收到如果客戶(hù)沒(méi)有收到SYN分節(jié)的響應(yīng)（總共分節(jié)的響應(yīng)（總共75秒，這之間需要可能需秒，這之間需要可能需 要重發(fā)若干次要重發(fā)若干次SYN），則返回），則返回ETIMEDOUT。 如果對(duì)客戶(hù)的如果對(duì)客戶(hù)的SYN的響應(yīng)是的響應(yīng)是RST，則表明該服務(wù)器主機(jī)在該端口上，則表明該服務(wù)器主機(jī)在該端口上 沒(méi)有進(jìn)程在等待。函數(shù)返回錯(cuò)誤沒(méi)有進(jìn)程在等待。函數(shù)返回錯(cuò)誤ECONNREFUSED； 如果客戶(hù)發(fā)出的如果客戶(hù)發(fā)出的SYN在中間路由器上引發(fā)一個(gè)目的地不可達(dá)在中

13、間路由器上引發(fā)一個(gè)目的地不可達(dá)ICMP錯(cuò)錯(cuò) 誤，則如第一種情況，連續(xù)發(fā)送誤，則如第一種情況，連續(xù)發(fā)送SYN，直到規(guī)定時(shí)間，返回，直到規(guī)定時(shí)間，返回 EHOSTUNREACH或或ENETUNREACH。 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)14 connect函數(shù)（續(xù)）函數(shù)（續(xù)） n 客戶(hù)在調(diào)用客戶(hù)在調(diào)用connect前不必非得調(diào)用前不必非得調(diào)用bind函數(shù)，此時(shí)，內(nèi)函數(shù)，此時(shí)，內(nèi) 核會(huì)選擇一個(gè)合適的核會(huì)選擇一個(gè)合適的IP地址和臨時(shí)端口號(hào)；地址和臨時(shí)端口號(hào)； n 如果函數(shù)如果函數(shù)connect失敗，則套接字不可再用，必須關(guān)閉。失敗，則套接字不可再用，必須關(guān)閉。 不能再對(duì)此套接字再調(diào)用函數(shù)不能再對(duì)此套接字再調(diào)用函數(shù)c

14、onnect。 注意這一點(diǎn)！注意這一點(diǎn)！ 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)15 3. echo服務(wù)器服務(wù)器 n 本課程全程采用本課程全程采用echo程序作為講解的例子程序作為講解的例子 n 采用這個(gè)例子的原因采用這個(gè)例子的原因 操作簡(jiǎn)單，關(guān)注于網(wǎng)絡(luò)編程本身操作簡(jiǎn)單，關(guān)注于網(wǎng)絡(luò)編程本身 便于比較各種網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)的性能便于比較各種網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)的性能 Hello, world! Hello, world! Hello, world! Hello, world! 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)16 echo服務(wù)器服務(wù)器 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)17 int main(int argc, char *argv) int fd1, fd2;

15、socklen_t length; struct sockaddr_in addr1, addr2; char bufBUFSIZE; / / create a socket / if (fd1 = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) = -1) cout strerror(errno) endl; return -1; 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)18 / / bind the socket / bzero( addr1.sin_family = AF_INET; addr1.sin_port = htons(LISTEN_PORT); addr1.sin_addr.s_ad

16、dr = htonl(INADDR_ANY); if (bind(fd1, (struct sockaddr *) return -1; 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)19 / / listen the socket / if (listen(fd1, BACKLOG) 0) cout strerror(errno) endl; return -1; / / serve the client / while (true) / / accept the requirement of some client / 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)20 length = sizeof(addr2); bzero( if (fd2

17、= accept(fd1, (struct sockaddr *) return -1; else / / echo the client / if (tcpecho(fd2, buf, BUFSIZE) = -1) break; 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)21 / / close the listening socket / close(fd1); return 0; 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)22 4. echo客戶(hù)端程序客戶(hù)端程序 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)23 int main(int argc, char *argv) int ret, fd; struct sockaddr_in addr; char bufB

18、UFFERSIZE; / / get the servers addr / if (argc != 2) printf(Usage: iterateClient addrn); return -1; 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)24 bzero( addr.sin_family = AF_INET; addr.sin_port = htons(LISTEN_PORT); if (!inet_pton(AF_INET, argv1, (void *) return -1; / / create a socket / if (fd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0) = -1)

19、 printf(%sn, strerror(errno); return -1; 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)25 / / connect to the server / RETRY: if (connect(fd, (struct sockaddr *) else printf(%sn, strerror(errno); return -1; 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)26 / / get the serve / return tcpclient(fd, buf, BUFFERSIZE); n tcpclient()函數(shù)中使用函數(shù)中使用read、write函數(shù)向標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo)函數(shù)向標(biāo)準(zhǔn)輸入、標(biāo) 準(zhǔn)輸出讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，為什么沒(méi)有用準(zhǔn)輸出讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，為什么沒(méi)有用fgets？ 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)27 5. 測(cè)試用例測(cè)試用例 n 1. 基本功能基本功能 打開(kāi)服務(wù)器打開(kāi)服務(wù)器 netstat antp 打開(kāi)客戶(hù)端打開(kāi)客戶(hù)端 netstat antp ps a 輸入字符串輸入字符串 Ctrl-D netstat -antp 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)28 n 2. 觀(guān)察報(bào)文觀(guān)察報(bào)文 sudo tcpdump tcp port 1234 Xu i lo 分析分析TCP報(bào)文結(jié)構(gòu)報(bào)文結(jié)構(gòu) 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)29 n 3. 多客戶(hù)端測(cè)試多客戶(hù)端測(cè)試 首先以一個(gè)客戶(hù)端連接，獲取服務(wù)；首先以一個(gè)客戶(hù)端