實(shí)驗(yàn)五-Socket網(wǎng)絡(luò)編程

1、湖北工業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析器Ethereal實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書 實(shí)驗(yàn)五 Socket網(wǎng)絡(luò)編程一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?1、理解進(jìn)程通信的原理及通信過程； 2、掌握基本的網(wǎng)絡(luò)編程方法二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、學(xué)習(xí)SOCKET編程的基本方法；2、學(xué)習(xí)應(yīng)用C語言與WinSock2進(jìn)行簡單的無連接的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸；3、學(xué)習(xí)應(yīng)用C語言與WinSock2進(jìn)行簡單的面向連接的網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備PC機(jī)、VC四、背景知識(shí)1、關(guān)于使用套接字編程的一些基本概念（1）半相關(guān)網(wǎng)絡(luò)中用一個(gè)三元組可以在全局唯一標(biāo)志一個(gè)進(jìn)程：（協(xié)議，本地地址，本地端口號(hào)）。這樣一個(gè)三元組，叫做一個(gè)半相關(guān)（hal

2、f-association），它指定連接的每半部分。（2）全相關(guān)一個(gè)完整的網(wǎng)間進(jìn)程通信需要由兩個(gè)進(jìn)程組成，并且只能使用同一種高層協(xié)議。也就是說，不可能通信的一端用TCP協(xié)議，而另一端用UDP協(xié)議。因此一個(gè)完整的網(wǎng)間通信需要一個(gè)五元組來標(biāo)識(shí)：（協(xié)議，本地地址，本地端口號(hào)，遠(yuǎn)地地址，遠(yuǎn)地端口號(hào)）。這樣一個(gè)五元組，叫做一個(gè)全相關(guān)（association），即兩個(gè)協(xié)議相同的半相關(guān)才能組合成一個(gè)全相關(guān)。（3）TCP/IP協(xié)議的地址結(jié)構(gòu)為：struct sockaddr_inshort sin_family; /*AF_INET*/u_short sin_port; /*16位端口號(hào)，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序*/st

3、ruct in_addr sin_addr; /*32位IP地址，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序*/char sin_zero8; /*保留*/（4）套接字類型TCP/IP的socket提供下列三種類型套接字：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)無差錯(cuò)、無重復(fù)地發(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，無長度限制。文件傳送協(xié)議（FTP）即使用流式套接字。數(shù)據(jù)報(bào)式套接字（SOCK_DGRAM）提供了一個(gè)無連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立包形式被發(fā)送，不提供無錯(cuò)保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，并且接收順序混亂。網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)（NFS）使用數(shù)據(jù)報(bào)式套接字。原始

4、式套接字（SOCK_RAW）該接口允許對較低層協(xié)議，如IP、ICMP直接訪問。常用于檢驗(yàn)新的協(xié)議實(shí)現(xiàn)或訪問現(xiàn)有服務(wù)中配置的新設(shè)備。（5）基本套接字系統(tǒng)調(diào)用為了更好地說明套接字編程原理，下面給出幾個(gè)基本套接字系統(tǒng)調(diào)用說明。創(chuàng)建套接字socket()應(yīng)用程序在使用套接字前，首先必須擁有一個(gè)套接字，系統(tǒng)調(diào)用socket()向應(yīng)用程序提供創(chuàng)建套接字的手段，其調(diào)用格式如下：SOCKET socket(int af, int type, int protocol);該調(diào)用要接收三個(gè)參數(shù)：af、type、protocol。參數(shù)af指定通信發(fā)生的區(qū)域，UNIX系統(tǒng)支持的地址族有：AF_UNIX、AF_INET

5、、AF_NS等，而DOS、WINDOWS中僅支持AF_INET，它是網(wǎng)際網(wǎng)區(qū)域。因此，地址族與協(xié)議族相同。參數(shù)type 描述要建立的套接字的類型。參數(shù)protocol說明該套接字使用的特定協(xié)議，如果調(diào)用者不希望特別指定使用的協(xié)議，則置為0，使用默認(rèn)的連接模式。根據(jù)這三個(gè)參數(shù)建立一個(gè)套接字，并將相應(yīng)的資源分配給它，同時(shí)返回一個(gè)整型套接字號(hào)。因此，socket()系統(tǒng)調(diào)用實(shí)際上指定了相關(guān)五元組中的“協(xié)議”這一元。指定本地地址bind()當(dāng)一個(gè)套接字用socket()創(chuàng)建后，存在一個(gè)名字空間(地址族),但它沒有被命名。bind()將套接字地址（包括本地主機(jī)地址和本地端口地址）與所創(chuàng)建的套接字號(hào)聯(lián)系起

6、來，即將名字賦予套接字，以指定本地半相關(guān)。其調(diào)用格式如下：int bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);參數(shù)s是由socket()調(diào)用返回的并且未作連接的套接字描述符(套接字號(hào))。參數(shù)name 是賦給套接字s的本地地址（名字），其長度可變，結(jié)構(gòu)隨通信域的不同而不同。namelen表明了name的長度。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，bind()返回0。否則返回值SOCKET_ERROR。地址在建立套接字通信過程中起著重要作用，作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)者對套接字地址結(jié)構(gòu)必須有明確認(rèn)識(shí)。建立套接字連接connect()與acc

7、ept()這兩個(gè)系統(tǒng)調(diào)用用于完成一個(gè)完整相關(guān)的建立，其中connect()用于建立連接。無連接的套接字進(jìn)程也可以調(diào)用connect()，但這時(shí)在進(jìn)程之間沒有實(shí)際的報(bào)文交換，調(diào)用將從本地操作系統(tǒng)直接返回。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是程序員不必為每一數(shù)據(jù)指定目的地址，而且如果收到的一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，其目的端口未與任何套接字建立“連接”，便能判斷該端口不可操作。而accept()用于使服務(wù)器等待來自某客戶進(jìn)程的實(shí)際連接。connect()的調(diào)用格式如下：int connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);參數(shù)s是欲建立連接的本地套接字

8、描述符。參數(shù)name指出說明對方套接字地址結(jié)構(gòu)的指針。對方套接字地址長度由namelen說明。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，connect()返回0。否則返回值SOCKET_ERROR。在面向連接的協(xié)議中，該調(diào)用導(dǎo)致本地系統(tǒng)和外部系統(tǒng)之間連接實(shí)際建立。由于地址族總被包含在套接字地址結(jié)構(gòu)的前兩個(gè)字節(jié)中，并通過socket()調(diào)用與某個(gè)協(xié)議族相關(guān)。因此bind()和connect()無須協(xié)議作為參數(shù)。accept()的調(diào)用格式如下：SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);參數(shù)s為本地套接字描述符，在用做accep

9、t()調(diào)用的參數(shù)前應(yīng)該先調(diào)用過listen()。addr 指向客戶方套接字地址結(jié)構(gòu)的指針，用來接收連接實(shí)體的地址。addr的確切格式由套接字創(chuàng)建時(shí)建立的地址族決定。addrlen 為客戶方套接字地址的長度（字節(jié)數(shù)）。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，accept()返回一個(gè)SOCKET類型的值，表示接收到的套接字的描述符。否則返回值INVALID_SOCKET。accept()用于面向連接服務(wù)器。參數(shù)addr和addrlen存放客戶方的地址信息。調(diào)用前，參數(shù)addr 指向一個(gè)初始值為空的地址結(jié)構(gòu)，而addrlen 的初始值為0；調(diào)用accept()后，服務(wù)器等待從編號(hào)為s的套接字上接受客戶連接請求，而連接請求

10、是由客戶方的connect()調(diào)用發(fā)出的。當(dāng)有連接請求到達(dá)時(shí)，accept()調(diào)用將請求連接隊(duì)列上的第一個(gè)客戶方套接字地址及長度放入addr 和addrlen，并創(chuàng)建一個(gè)與s有相同特性的新套接字號(hào)。新的套接字可用于處理服務(wù)器并發(fā)請求。四個(gè)套接字系統(tǒng)調(diào)用，socket()、bind()、connect()、accept()，可以完成一個(gè)完全五元相關(guān)的建立。socket()指定五元組中的協(xié)議元，它的用法與是否為客戶或服務(wù)器、是否面向連接無關(guān)。bind()指定五元組中的本地二元，即本地主機(jī)地址和端口號(hào)，其用法與是否面向連接有關(guān)：在服務(wù)器方，無論是否面向連接，均要調(diào)用bind()；在客戶方，若采用面向

11、連接，則可以不調(diào)用bind()，而通過connect()自動(dòng)完成。若采用無連接，客戶方必須使用bind()以獲得一個(gè)唯一的地址。以上討論僅對客戶/服務(wù)器模式而言，實(shí)際上套接字的使用是非常靈活的，唯一需遵循的原則是進(jìn)程通信之前，必須建立完整的相關(guān)。監(jiān)聽連接listen()此調(diào)用用于面向連接服務(wù)器，表明它愿意接收連接。listen()需在accept()之前調(diào)用，其調(diào)用格式如下：int listen(SOCKET s, int backlog);參數(shù)s標(biāo)識(shí)一個(gè)本地已建立、尚未連接的套接字號(hào)，服務(wù)器愿意從它上面接收請求。backlog表示請求連接隊(duì)列的最大長度，用于限制排隊(duì)請求的個(gè)數(shù)，目前允許的最大

12、值為5。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，listen()返回0。否則它返回SOCKET_ERROR。listen()在執(zhí)行調(diào)用過程中可為沒有調(diào)用過bind()的套接字s完成所必須的連接，并建立長度為backlog的請求連接隊(duì)列。 調(diào)用listen()是服務(wù)器接收一個(gè)連接請求的四個(gè)步驟中的第三步。它在調(diào)用socket()分配一個(gè)流套接字，且調(diào)用bind()給s賦于一個(gè)名字之后調(diào)用，而且一定要在accept()之前調(diào)用。數(shù)據(jù)傳輸send()與recv()當(dāng)一個(gè)連接建立以后，就可以傳輸數(shù)據(jù)了。常用的系統(tǒng)調(diào)用有send()和recv()。send()調(diào)用用于在參數(shù)s指定的已連接的數(shù)據(jù)報(bào)或流套接字上發(fā)送輸出數(shù)據(jù)，格式

13、如下：int send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);參數(shù)s為已連接的本地套接字描述符。buf 指向存有發(fā)送數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的指針，其長度由len 指定。flags 指定傳輸控制方式，如是否發(fā)送帶外數(shù)據(jù)等。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，send()返回總共發(fā)送的字節(jié)數(shù)。否則它返回SOCKET_ERROR。recv()調(diào)用用于在參數(shù)s指定的已連接的數(shù)據(jù)報(bào)或流套接字上接收輸入數(shù)據(jù)，格式如下：int recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);參數(shù)s 為已連接的套接字描述符。buf指向接收

14、輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針，其長度由len 指定。flags 指定傳輸控制方式，如是否接收帶外數(shù)據(jù)等。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，recv()返回總共接收的字節(jié)數(shù)。如果連接被關(guān)閉，返回0。否則它返回SOCKET_ERROR。輸入/輸出多路復(fù)用select()select()調(diào)用用來檢測一個(gè)或多個(gè)套接字的狀態(tài)。對每一個(gè)套接字來說，這個(gè)調(diào)用可以請求讀、寫或錯(cuò)誤狀態(tài)方面的信息。請求給定狀態(tài)的套接字集合由一個(gè)fd_set結(jié)構(gòu)指示。在返回時(shí)，此結(jié)構(gòu)被更新，以反映那些滿足特定條件的套接字的子集，同時(shí)， select()調(diào)用返回滿足條件的套接字的數(shù)目，其調(diào)用格式如下：int select(int nfds, fd_set

15、FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);參數(shù)nfds指明被檢查的套接字描述符的值域，此變量一般被忽略。參數(shù)readfds指向要做讀檢測的套接字描述符集合的指針，調(diào)用者希望從中讀取數(shù)據(jù)。參數(shù)writefds 指向要做寫檢測的套接字描述符集合的指針。exceptfds指向要檢測是否出錯(cuò)的套接字描述符集合的指針。timeout指向select()函數(shù)等待的最大時(shí)間，如果設(shè)為NULL則為阻塞操作。select()返回包含在fd_set結(jié)構(gòu)中已準(zhǔn)備好

16、的套接字描述符的總數(shù)目，或者是發(fā)生錯(cuò)誤則返回SOCKET_ERROR。關(guān)閉套接字closesocket()closesocket()關(guān)閉套接字s，并釋放分配給該套接字的資源；如果s涉及一個(gè)打開的TCP連接，則該連接被釋放。closesocket()的調(diào)用格式如下：BOOL closesocket(SOCKET s);參數(shù)s待關(guān)閉的套接字描述符。如果沒有錯(cuò)誤發(fā)生，closesocket()返回0。否則返回值SOCKET_ERROR。2、用于無連接協(xié)議（如UDP）的SOCKET系統(tǒng)調(diào)用流程框圖3、用于面向連接協(xié)議（如TCP）的SOCKET系統(tǒng)調(diào)用流程框圖五、實(shí)驗(yàn)步驟服務(wù)器端編程的步驟：1：加載套接

17、字庫，創(chuàng)建套接字(WSAStartup()/socket()；2：綁定套接字到一個(gè)IP地址和一個(gè)端口上(bind()；3：將套接字設(shè)置為監(jiān)聽模式等待連接請求(listen()；4：請求到來后，接受連接請求，返回一個(gè)新的對應(yīng)于此次連接的套接字(accept()；5：用返回的套接字和客戶端進(jìn)行通信(send()/recv()；6：返回，等待另一連接請求；7：關(guān)閉套接字，關(guān)閉加載的套接字庫(closesocket()/WSACleanup()。服務(wù)器端代碼如下：#include #include void main() WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData;

18、 int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) return; if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 | HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) WSACleanup( ); return; SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); SOCKADDR_IN addrSrv; addrSrv.sin_addr

19、.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY); addrSrv.sin_family=AF_INET; addrSrv.sin_port=htons(6000); bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR); listen(sockSrv,5); SOCKADDR_IN addrClient; int len=sizeof(SOCKADDR); while(1) SOCKET sockConn=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrClient,&len); char sendBuf50; spri

20、ntf(sendBuf,Welcome %s to here!,inet_ntoa(addrClient.sin_addr); send(sockConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0); char recvBuf50; recv(sockConn,recvBuf,50,0); printf(%sn,recvBuf); closesocket(sockConn); 客戶端編程的步驟：1：加載套接字庫，創(chuàng)建套接字(WSAStartup()/socket()；2：向服務(wù)器發(fā)出連接請求(connect()；3：和服務(wù)器端進(jìn)行通信(send()/recv()；4：關(guān)閉套接字，關(guān)閉加載的套接字庫(closesocket()/WSACleanup()?？蛻舳说拇a如下：#include #include void main() WORD wVersionRequested; WSADATA wsaData; int err; wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 ); err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); if ( err != 0 ) return;