嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)

1、第第7 7章章 嵌入式嵌入式LinuxLinux網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)應(yīng)用開發(fā)教材：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用教材：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用作者：張思民作者：張思民出版：清華大學(xué)出版社出版：清華大學(xué)出版社第第7章章 嵌入式嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā) 7.1網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)知識網(wǎng)絡(luò)編程的基礎(chǔ)知識 7.1.1IP地址和端口號地址和端口號 7.1.2套接字套接字 7.2Socket網(wǎng)絡(luò)編程網(wǎng)絡(luò)編程 7.2.1Socket網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù) 7.2.2socket網(wǎng)絡(luò)編程示例網(wǎng)絡(luò)編程示例 7.3嵌入式系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的Web服務(wù)器程序設(shè)計服務(wù)器程序設(shè)計 7.3.1Web服務(wù)器服務(wù)器 7.3.2Web服務(wù)器的

2、程序設(shè)計服務(wù)器的程序設(shè)計 7.4開發(fā)新的開發(fā)新的TCP通信協(xié)議通信協(xié)議 7.1網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)知識網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)知識7.1.1IP地址和端口號地址和端口號 1、 客戶端程序和服務(wù)端程序客戶端程序和服務(wù)端程序 網(wǎng)絡(luò)程序和單機程序的最大區(qū)別在于，網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)程序和單機程序的最大區(qū)別在于，網(wǎng)絡(luò)程序是由兩個部分組成的絡(luò)程序是由兩個部分組成的客戶端程序客戶端程序和服務(wù)端程序。和服務(wù)端程序。 在網(wǎng)絡(luò)中，安裝并運行服務(wù)端程序的計算在網(wǎng)絡(luò)中，安裝并運行服務(wù)端程序的計算機稱為服務(wù)器，而運行客戶端程序的計算機稱為服務(wù)器，而運行客戶端程序的計算機稱為客戶機。機稱為客戶機。 7.1.1IP地址和端口號地址和端口號 1、 客戶端程

3、序和服務(wù)端程序客戶端程序和服務(wù)端程序 網(wǎng)絡(luò)通信時，先啟動服務(wù)端程序，等待客網(wǎng)絡(luò)通信時，先啟動服務(wù)端程序，等待客戶端發(fā)起連接。一旦有客戶端發(fā)來了連接戶端發(fā)起連接。一旦有客戶端發(fā)來了連接請求，服務(wù)端隨之響應(yīng)，從而建立起一條請求，服務(wù)端隨之響應(yīng)，從而建立起一條數(shù)據(jù)通信信道。連接過程如圖所示。數(shù)據(jù)通信信道。連接過程如圖所示。 .連接請求連接請求響應(yīng)響應(yīng)7.1.1IP地址和端口號地址和端口號 2、IP地址地址 網(wǎng)絡(luò)中連接了很多計算機，假設(shè)計算機網(wǎng)絡(luò)中連接了很多計算機，假設(shè)計算機A向計算向計算機機B發(fā)送信息，若網(wǎng)絡(luò)中還有第三臺計算機發(fā)送信息，若網(wǎng)絡(luò)中還有第三臺計算機C，那，那么主機么主機 A怎么知道信息被

4、正確傳送到主機怎么知道信息被正確傳送到主機B而不而不是被傳送到主機是被傳送到主機C中了呢？如圖所示。中了呢？如圖所示。7.1.1IP地址和端口號地址和端口號 2、IP地址地址 在網(wǎng)絡(luò)上的每臺計算機都必須有一個唯一在網(wǎng)絡(luò)上的每臺計算機都必須有一個唯一的的IP地址作為標識，網(wǎng)絡(luò)中的計算機則通地址作為標識，網(wǎng)絡(luò)中的計算機則通過過IP地址找到要傳送數(shù)據(jù)的另一臺主機。地址找到要傳送數(shù)據(jù)的另一臺主機。 IP地址通常寫作一組由地址通常寫作一組由“.”號分隔的十進制號分隔的十進制數(shù)，如：數(shù)，如： 3、端口、端口 由于一臺計算機上可同時運行多個網(wǎng)絡(luò)程由于一臺計算機上可同時運行多個網(wǎng)絡(luò)程序，序，

5、IP地址只能保證把數(shù)據(jù)信息送到該計地址只能保證把數(shù)據(jù)信息送到該計算機，但無法知道要把這些數(shù)據(jù)交給該主算機，但無法知道要把這些數(shù)據(jù)交給該主機上的哪個網(wǎng)絡(luò)程序機上的哪個網(wǎng)絡(luò)程序 。 用用“端口號端口號” 標識正在計算機上運行的進標識正在計算機上運行的進程（程序）。程（程序）。 端口號是一個整數(shù)，其取值范圍為端口號是一個整數(shù)，其取值范圍為065535之間。之間。3、端口、端口 每個被發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包也都包含有每個被發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包也都包含有“端端口號口號”，用于將該數(shù)據(jù)幀交給具有相同端，用于將該數(shù)據(jù)幀交給具有相同端口號的應(yīng)用程序來處理?？谔柕膽?yīng)用程序來處理。 4、TCP與與UDP協(xié)議協(xié)議 “傳輸控制

6、協(xié)議傳輸控制協(xié)議”（Transmission Control Protocol，簡稱，簡稱TCP）。）。 TCP是面向連接的通信協(xié)議，是面向連接的通信協(xié)議，TCP提供兩提供兩臺計算機之間的可靠無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。臺計算機之間的可靠無差錯的數(shù)據(jù)傳輸。應(yīng)用程序利用應(yīng)用程序利用TCP進行通信時，信息源與進行通信時，信息源與信息目標之間會建立一個虛連接。這個連信息目標之間會建立一個虛連接。這個連接一旦建立成功，兩臺計算機之間就可以接一旦建立成功，兩臺計算機之間就可以把數(shù)據(jù)當作一個雙向字節(jié)流進行交換。把數(shù)據(jù)當作一個雙向字節(jié)流進行交換。4、TCP與與UDP協(xié)議協(xié)議 “用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議”（User

7、 Datagram Protocol，簡稱：，簡稱：UDP）。）。 UDP是無連接通信協(xié)議，是無連接通信協(xié)議，UDP不保證可靠不保證可靠數(shù)據(jù)的傳輸。簡單地說，如果一個主機向數(shù)據(jù)的傳輸。簡單地說，如果一個主機向另外另外臺主機發(fā)送數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)就會立臺主機發(fā)送數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)就會立即發(fā)出，而不管另外一臺主機是否巳準備即發(fā)出，而不管另外一臺主機是否巳準備接收數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)。 7.1.2套接字套接字1、什么是套接字、什么是套接字 在在TCP/IP通信協(xié)通信協(xié)議中，套接字議中，套接字（Socket）就是）就是IP地址與端口號地址與端口號的組合。的組合。 如圖所示，如圖所示，IP地地址址193.14.26.

8、7與與端口號端口號13組成一組成一個套接字。個套接字。 2、套接字類型、套接字類型 （1）字節(jié)流套接字，基于）字節(jié)流套接字，基于TCP協(xié)議的連接協(xié)議的連接和傳輸方式，又稱為和傳輸方式，又稱為TCP套接字。套接字。 （2）數(shù)據(jù)報套接字，基于）數(shù)據(jù)報套接字，基于UDP協(xié)議的連接協(xié)議的連接和傳輸方式，又稱為和傳輸方式，又稱為UDP套接字。套接字。 （3）原始套接字，原始套接字允許對底層）原始套接字，原始套接字允許對底層協(xié)議如協(xié)議如IP或或ICMP進行直接訪問，提供進行直接訪問，提供TCP套接字和套接字和UDP套接字所不提供的功能，主套接字所不提供的功能，主要用于對一些協(xié)議的開發(fā)，如構(gòu)造自己的要用于對

9、一些協(xié)議的開發(fā)，如構(gòu)造自己的TCP或或UDP分組等。分組等。 7.2.1Socket網(wǎng)絡(luò)函數(shù)網(wǎng)絡(luò)函數(shù) 1、socket函數(shù)函數(shù) 調(diào)用調(diào)用socket函數(shù)獲得一個套接字描述符。函數(shù)獲得一個套接字描述符。 函數(shù)原型為：函數(shù)原型為： int socket(int family，int type，int protocol)； 函數(shù)返回值：成功則返回套接字描述符，函數(shù)返回值：成功則返回套接字描述符，這是一個非負整數(shù)，若出錯則返回這是一個非負整數(shù)，若出錯則返回-1。 協(xié)議簇協(xié)議簇套接字套接字類型類型是否原始是否原始套接字套接字2、bind函數(shù)函數(shù) 該函數(shù)為套接字描述符分配一個本地該函數(shù)為套接字描述符分配一

10、個本地IP地地址和一個端口號，將址和一個端口號，將IP地址和端口號與套地址和端口號與套接字描述符綁定在一起。接字描述符綁定在一起。 函數(shù)原型為：函數(shù)原型為： int bind(int sockfd，struct sockaddr *myaddr，int addrlen)； 函數(shù)返回值：若調(diào)用成功則返回函數(shù)返回值：若調(diào)用成功則返回0，若出錯，若出錯則返回則返回-1。 套接字套接字結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體指針指針結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)體長度長度3、地址結(jié)構(gòu)、地址結(jié)構(gòu) 在網(wǎng)絡(luò)編程中有二個很重要的數(shù)據(jù)類型，在網(wǎng)絡(luò)編程中有二個很重要的數(shù)據(jù)類型，它們是地址結(jié)構(gòu)它們是地址結(jié)構(gòu)struct sockaddr和和struct sock

11、addr_in，這兩個數(shù)據(jù)類型都是用來存，這兩個數(shù)據(jù)類型都是用來存放放socket信息的。信息的。 Struct sockaddr的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) struct sockaddr unsignedshort sa_family； /* 通信協(xié)議類型族通信協(xié)議類型族, AF_xxx */ charsa_data14； /* 14字節(jié)協(xié)議地址，包含該字節(jié)協(xié)議地址，包含該socket的的IP地址和端口號地址和端口號 */ ； structsockaddr_in數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)： structsockaddr_in shortint sin_family; /* 通信協(xié)議類型族通信協(xié)議類型族 */ un

12、signedshortint sin_port; /* 端口號端口號 */ structin_addrsin_addr; /* IP地址地址 */ unsignedcharsin_zero8; /* 填充填充0以保持與以保持與sockaddr結(jié)構(gòu)的長度相同結(jié)構(gòu)的長度相同*/ ; 4、connect函數(shù)函數(shù) 該函數(shù)用于在客戶端通過該函數(shù)用于在客戶端通過socket套接字建套接字建立網(wǎng)絡(luò)連接。立網(wǎng)絡(luò)連接。 函數(shù)原型為：函數(shù)原型為： int connect(int sockfd，const struct sockaddr *serv_addr，socklen_t addrlen)； 函數(shù)返回值：若連

13、接成功則返回函數(shù)返回值：若連接成功則返回0，若連接，若連接失敗則返回失敗則返回-1。 5、listen函數(shù)函數(shù) listen函數(shù)應(yīng)用于函數(shù)應(yīng)用于TCP連接的服務(wù)程序，它連接的服務(wù)程序，它的作用是通過的作用是通過socket套接字等待來自客戶套接字等待來自客戶端的連接請求。端的連接請求。 函數(shù)原型為：函數(shù)原型為： int listen(int sockfd, int backlog); 函數(shù)返回值：若連接成功則返回函數(shù)返回值：若連接成功則返回0，若連接，若連接失敗則返回失敗則返回-1。 6、accept函數(shù)函數(shù) accept調(diào)用后，服務(wù)器程序會一直處于阻調(diào)用后，服務(wù)器程序會一直處于阻塞狀態(tài)，等待

14、來自客戶端的連接請求。塞狀態(tài)，等待來自客戶端的連接請求。 int accept(int sockfd,struct sockaddr *cliaddr,socklen_t *addrlen)； 函數(shù)返回值：若接收到客戶端的連接請求，函數(shù)返回值：若接收到客戶端的連接請求，則返回非負的套接字描述符，若失敗，則則返回非負的套接字描述符，若失敗，則返回返回-1。 7、send（）和（）和 recv（）函數(shù)（）函數(shù) 這兩個函數(shù)分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這兩個函數(shù)分別用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 int send(int sockfd, const void *msg, int len, int flags)； i

15、nt recv(int sockfd, void *buf, int len, unsigned int flags)； 函數(shù)返回值：函數(shù)返回值： send函數(shù)返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)，函數(shù)返回發(fā)送的字節(jié)數(shù)，rec v函數(shù)返函數(shù)返回接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。若出錯則返回回接收數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)。若出錯則返回-1。 8、sendto（）和（）和recvfrom（）函數(shù)（）函數(shù) 這兩個函數(shù)的作用與這兩個函數(shù)的作用與send（）和（）和 recv（）（）函數(shù)類似，也是用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。函數(shù)類似，也是用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。 send（）和（）和 recv（）函數(shù)用于（）函數(shù)用于TCP協(xié)議協(xié)議 sendto（）和（）和 re

16、cvfrom（）函數(shù)用于（）函數(shù)用于UDP協(xié)議協(xié)議7.2.2socket網(wǎng)絡(luò)編程示例網(wǎng)絡(luò)編程示例 1、程序流程、程序流程利用利用Socket方式進行數(shù)據(jù)通信與傳輸，有如下步驟：方式進行數(shù)據(jù)通信與傳輸，有如下步驟：（1）創(chuàng)建服務(wù)端）創(chuàng)建服務(wù)端socket，綁定建立連接的端口。，綁定建立連接的端口。（2）服務(wù)端程序在一個端口處于阻塞狀態(tài)，等待客戶機的）服務(wù)端程序在一個端口處于阻塞狀態(tài)，等待客戶機的連接。連接。（3）創(chuàng)建客戶端）創(chuàng)建客戶端socket對象，綁定主機名稱或?qū)ο?，綁定主機名稱或IP地址，指地址，指定連接端口號。定連接端口號。（4）客戶機）客戶機Socket發(fā)起連接請求。發(fā)起連接請求。（5

17、）建立連接。）建立連接。（6）利用）利用send/sendto和和recv/recvfrom進行數(shù)據(jù)傳輸。進行數(shù)據(jù)傳輸。（7）關(guān)閉）關(guān)閉socket。 2、服務(wù)端程序、服務(wù)端程序server.c （1）首先，需要創(chuàng)建一個用于通訊的）首先，需要創(chuàng)建一個用于通訊的TCP協(xié)議的協(xié)議的socked套接字描述符。套接字描述符。 sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0) ; printf(socket Success!, sockfd = %d n,sockfd); （2）然后，在服務(wù)器端初始化）然后，在服務(wù)器端初始化sockaddr結(jié)構(gòu)體，設(shè)定套接字端口號：結(jié)構(gòu)體，設(shè)

18、定套接字端口號： my_addr.sin_family = AF_INET ; my_addr.sin_port = htons(4321) ; my_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY ; bzero(&(my_addr.sin_zero),8) ; （3）將定義的）將定義的sockaddr結(jié)構(gòu)體與結(jié)構(gòu)體與socked套接字描述符進行綁定。套接字描述符進行綁定。 bind(sockfd, (struct sockaddr *)&my_addr, sizeof(struct sockaddr) ; （4）調(diào)用）調(diào)用listen函數(shù)使函數(shù)使sock

19、ed套接字成為套接字成為一個監(jiān)聽套接字。它與下一步驟的一個監(jiān)聽套接字。它與下一步驟的accept函數(shù)共同完成對套接字端口的監(jiān)聽。函數(shù)共同完成對套接字端口的監(jiān)聽。 listen(sockfd, 10) ; （5）調(diào)用）調(diào)用accept函數(shù)監(jiān)聽套接字端口，等函數(shù)監(jiān)聽套接字端口，等待客戶端的連接。一旦建立連接，將產(chǎn)生待客戶端的連接。一旦建立連接，將產(chǎn)生一個全新的套接字。一個全新的套接字。 new_fd = accept(sockfd, (struct sockaddr *)&their_addr, &sin_size) ; （6）處理客戶端的會話請求。將接收到的）處理客戶端的會話請求

20、。將接收到的數(shù)據(jù)存放到字符型數(shù)組數(shù)據(jù)存放到字符型數(shù)組buff中。中。 /讀取客戶端發(fā)來的信息讀取客戶端發(fā)來的信息 numbytes = recv(new_fd, buff, strlen(buff), 0) ; /向客戶端發(fā)送信息向客戶端發(fā)送信息 send(sockfd, Hello! I am Server., 19, 0) ; （7）終止連接。通信結(jié)束則斷開連接。）終止連接。通信結(jié)束則斷開連接。 close(sockfd);3、客戶端程序、客戶端程序client.c （1）和服務(wù)器的步驟一樣）和服務(wù)器的步驟一樣,首先需要創(chuàng)建一首先需要創(chuàng)建一個個socked套接字描述符。套接字描述符。 so

21、ckfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0) （2）然后，在客戶端初始化）然后，在客戶端初始化sockaddr結(jié)結(jié)構(gòu)體，并調(diào)用函數(shù)構(gòu)體，并調(diào)用函數(shù)gethostbyname( )獲取獲取從命令行輸入的服務(wù)器從命令行輸入的服務(wù)器IP地址，設(shè)定與服地址，設(shè)定與服務(wù)器程序相同的端口號（比如，服務(wù)器的務(wù)器程序相同的端口號（比如，服務(wù)器的端口號是端口號是4321，則這里也必須設(shè)為，則這里也必須設(shè)為4321） （3） 調(diào)用調(diào)用connect函數(shù)來連接服務(wù)器。函數(shù)來連接服務(wù)器。 connect(sockfd,(struct sockaddr *)&their_addr,s

22、izeof(struct sockaddr); （4） 發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)，一般使用發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)，一般使用send和和recv函數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)（與服務(wù)器程序相函數(shù)調(diào)用來實現(xiàn)（與服務(wù)器程序相同）。同）。 （5） 終止連接（與服務(wù)器程序相同）。終止連接（與服務(wù)器程序相同）。 7.3嵌入式系統(tǒng)的嵌入式系統(tǒng)的Web服務(wù)器程序設(shè)計服務(wù)器程序設(shè)計 7.3.1Web服務(wù)器服務(wù)器 1、HTTP協(xié)議協(xié)議 2、Web服務(wù)器的工作原理服務(wù)器的工作原理7.3.2Web服務(wù)器的程序設(shè)計服務(wù)器的程序設(shè)計1、建立、建立Web服務(wù)器的主要步驟服務(wù)器的主要步驟 （1）建立客戶端與服務(wù)器端的）建立客戶端與服務(wù)器端的socket套

23、接字通信套接字通信 服務(wù)器端建立基于服務(wù)器端建立基于TCP服務(wù)的服務(wù)的socket套接字通信，一般需套接字通信，一般需要經(jīng)過要經(jīng)過3個過程：個過程： 創(chuàng)建一個創(chuàng)建一個socket套接字描述符：套接字描述符： sockfd = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 給給socket綁定一個地址和端口號：綁定一個地址和端口號： bind(sockfd, (struct sockaddr *)&server_sockaddr,sizeof(server_sockaddr); 監(jiān)聽套接字端口，等待連接請求，一旦有接入，則創(chuàng)建一監(jiān)聽套接字端口，等待連接請求，一旦有接入

24、，則創(chuàng)建一個新套接字描述符個新套接字描述符fd： listen(sockfd, 8*3); fd = accept(sockfd, (void *)&ec, &len); （2）客戶端連接處理）客戶端連接處理 調(diào)用函數(shù)調(diào)用函數(shù)HandleConnect( )處理客戶端的處理客戶端的連接請求。在這個函數(shù)中，我們用連接請求。在這個函數(shù)中，我們用fdopen( )函數(shù)將套接字描述符函數(shù)將套接字描述符fd轉(zhuǎn)為文件轉(zhuǎn)為文件指針，再用指針，再用fgets( )函數(shù)將其內(nèi)容存放到緩函數(shù)將其內(nèi)容存放到緩沖區(qū)中，以便對其請求進行分析處理。沖區(qū)中，以便對其請求進行分析處理。 （3）分析和處理客戶請求）分析和處理客戶請求 在函數(shù)在函數(shù)ParseReq(