《linux編程及應用任繼平》12第12章linuxsocket網(wǎng)絡編程基礎課件

1、第12章Linux socket網(wǎng)絡編程基礎 12網(wǎng)絡通信基礎 BSD Socket TCP網(wǎng)絡通信編程3BSD Socket UDP網(wǎng)絡通信編程4使用TCP實現(xiàn)簡單聊天程序第1頁，共38頁。2022/8/202OSI模型及TCP/IP協(xié)議模式 第2頁，共38頁。2022/8/203TCP/IP體系結構及各層協(xié)議 第3頁，共38頁。2022/8/204IP地址分類 第4頁，共38頁。2022/8/205IP地址劃分 類別前8位（二進制）點分十進制第一字節(jié)范圍默認子網(wǎng)掩碼廣播地址網(wǎng)絡數(shù)A0XXXXXXX1126（127為回環(huán)地址）255.0.0.0X.255.255.255126B10XXXXX

2、X128191255.255.0.0X.X.255.25516384C110XXXXX192223255.255.255.0X.X.X.2552097152D1110XXXX224239N/AN/AN/AE1111XXXX240254N/AN/AN/A第5頁，共38頁。2022/8/206網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包封包與拆包過程 第6頁，共38頁。2022/8/207數(shù)據(jù)包接收拆包分類流程 第7頁，共38頁。2022/8/208以太網(wǎng)鏈路層數(shù)據(jù)幀格式 第8頁，共38頁。2022/8/209IP數(shù)據(jù)包頭 第9頁，共38頁。2022/8/2010TCP包頭 第10頁，共38頁。2022/8/2011UDP數(shù)據(jù)包頭

3、 第11頁，共38頁。第12章Linux socket網(wǎng)絡編程基礎 12網(wǎng)絡通信基礎 BSD Socket TCP網(wǎng)絡通信編程3BSD Socket UDP網(wǎng)絡通信編程4使用TCP實現(xiàn)簡單聊天程序第12頁，共38頁。2022/8/2013類比電話通信，面向連接的socket通信實現(xiàn) 第13頁，共38頁。2022/8/2014通信過程首先，服務器端需要做以下準備工作：（1）調(diào)用socket()函數(shù)。建立socket對象，指定通信協(xié)議。（2）調(diào)用bind()函數(shù)。將創(chuàng)建的socket對象與當前主機的某一個IP地和端口綁定。（3）調(diào)用listen()函數(shù)。使socket對象處于監(jiān)聽狀態(tài)，并設置監(jiān)聽隊

4、列大小?？蛻舳诵枰鲆韵聹蕚涔ぷ鳎海?）調(diào)用socket()函數(shù)。建立socket()對象，指定相同通信協(xié)議。（2）應用程序可以顯式的調(diào)用bind()函數(shù)為其綁定IP地址和端口，當然，也可以將這工作交給TCP/IP協(xié)議棧。接著建立通信連接：（1）客戶端調(diào)用connect()函數(shù)。向服務器端發(fā)出連接請求。（2）服務端監(jiān)聽到該請求，調(diào)用accept()函數(shù)接受請求，從而建立連接，并返回一個新的socket文件描述符專門處理該連接。然后通信雙方發(fā)送/接收數(shù)據(jù)：（1）服務器端調(diào)用write()或send()函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，客戶端調(diào)用read()或者recv()函數(shù)接收數(shù)據(jù)。反之客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，服務器端接

5、收數(shù)據(jù)。（2）通信完成后，通信雙方都需要調(diào)用close()或者shutdown()函數(shù)關閉socket對象。 第14頁，共38頁。2022/8/2015BSD Socket網(wǎng)絡編程API socket第15頁，共38頁。2022/8/2016Socket參數(shù)說明第一個參數(shù)用來指明此socket對象所使用的地址簇或協(xié)議簇.第16頁，共38頁。2022/8/2017Socket參數(shù)說明第二個參數(shù)為socket的類型。 第17頁，共38頁。2022/8/2018BSD Socket網(wǎng)絡編程API bind完成此步，該socket擁有了本地IP地址，端口，通信協(xié)議，不能接收客戶端的請求，但可以向服務器

6、發(fā)起連接。第18頁，共38頁。2022/8/2019Bind參數(shù)說明第二個參數(shù)是一個指向sockaddr結構的指針。 struct sockaddr只是提供地址類型規(guī)范，根據(jù)不同的應用，sockaddr需要選用不同的類型。第19頁，共38頁。2022/8/2020地址結構體定義- UNIX域套接字 第20頁，共38頁。2022/8/2021地址結構體定義- IPV4 第21頁，共38頁。2022/8/2022端口與IP地址第22頁，共38頁。2022/8/2023BSD Socket網(wǎng)絡編程API listen第一個參數(shù)是綁定了IP及端口信息的socket文件描述符。第二個參數(shù)為請求排隊的最大

7、長度。當有多個客戶端程序和服務器端相連時, 此值表示可以使用的處于等待的隊列長度。listen 函數(shù)將綁定的socket文件描述符變?yōu)楸O(jiān)聽套接字，完成此步： 服務器已經(jīng)準備接收客戶端連接請求了。第23頁，共38頁。2022/8/2024BSD Socket網(wǎng)絡編程API客戶端發(fā)起連接 connect其第一個參數(shù)為socket返回的文件描述符。第二個參數(shù)儲存了服務器端的地址（包括服務器的IP地址和端口信息）。第三個參數(shù)為該地址的長度。如果執(zhí)行成功，此函數(shù)將與地址為addr的服務器建立連接，并返回0，如果失敗則返回-1。正確完成此步：客戶端socket擁有了目的IP，端口信息。第24頁，共38頁。

8、2022/8/2025BSD Socket網(wǎng)絡編程API服務器接收連接 accept 第一個參數(shù)是監(jiān)聽網(wǎng)絡后的socket文件描述符。第二參數(shù)為struct sockaddr 類型的地址空間首地址，第三個參數(shù)為該段地址空間長度，因此第二個參數(shù)用來存儲客戶端的IP地址和端口信息，以便為客戶端返回數(shù)據(jù)。需要注意的是，如果執(zhí)行成功，此函數(shù)將返回一個新的文件描述符以標識該連接，從而使原來的文件描述符可以繼續(xù)等待新的連接，這樣便可以實現(xiàn)多客戶端。如果執(zhí)行失敗，將返回-1。至此，兩端的連接已經(jīng)建立，而服務器端又是如何區(qū)別多個連接的呢？第25頁，共38頁。2022/8/2026如何區(qū)分多個客戶端對于任何一個

9、TCP連接，最重要的信息包括源IP：源端口，目的IP：目的端口四個信息。例如，客戶機192.168.0.10/24的3000、4000兩端口同時向服務器192.168.0.100/24的80端口發(fā)起兩個連接，在服務器端是如何區(qū)別兩個連接的呢？第26頁，共38頁。2022/8/2027BSD Socket網(wǎng)絡編程API讀/寫socket 第27頁，共38頁。2022/8/2028BSD Socket網(wǎng)絡編程APIsend/recv第一個參數(shù)為發(fā)送的目標socket對象；第二個參數(shù)為欲發(fā)送的數(shù)據(jù)位置；第三個參數(shù)為數(shù)據(jù)的大?。坏谒膫€參數(shù)操作flags，支持的值為0或MSG_OOB（發(fā)送帶外數(shù)據(jù)）等。

10、對套接字調(diào)用write()的行為與將flags設置為0的send()的行為完全相同。如果執(zhí)行成功，此函數(shù)將返回發(fā)送數(shù)據(jù)的大小，如果失敗，將返回-1。第28頁，共38頁。2022/8/2029BSD Socket網(wǎng)絡編程API 關閉socket對象 close/shutdownhowto=0這個時候系統(tǒng)會關閉讀通道，但是可以繼續(xù)往socket描述符中寫。howto=1關閉寫通道，和上面相反，此時只可以讀。howto=2關閉讀寫通道，和close一樣，在多進程程序里，當幾個子進程共享一個套接字時，如果使用shutdown，那么所有的子進程都將不能操作，這時只能使用close()函數(shù)來關閉子進程的套

11、接字描述符。第29頁，共38頁。第12章Linux socket網(wǎng)絡編程基礎 12網(wǎng)絡通信基礎 BSD Socket TCP網(wǎng)絡通信編程3BSD Socket UDP網(wǎng)絡通信編程4使用TCP實現(xiàn)簡單聊天程序第30頁，共38頁。2022/8/2031面向無連接通信模型 第31頁，共38頁。2022/8/2032BSD Socket網(wǎng)絡編程API sendto/ recvfrom 第一個參數(shù)為發(fā)送的目標socket對象。第二個參數(shù)為欲發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。第三個參數(shù)為發(fā)送數(shù)據(jù)的大小。第四個參數(shù)為flags，如send函數(shù)所示。第五個參數(shù)欲發(fā)送數(shù)據(jù)的目標地址，其結構體前面已經(jīng)介紹。第六個參數(shù)為此結構體的大

12、小。第32頁，共38頁。2022/8/2033BSD Socket網(wǎng)絡編程API getsockname / getpeername獲得一個套接字（這個套接口至少完成了綁定本地IP地址）的本地地址。如果成功則返回0 ，如果發(fā)生錯誤則返回-1。第1個參數(shù)為欲讀取信息的socket文件描述符第2，3個參數(shù)分別為存儲地址的內(nèi)存空間地址和大小。getpeername()函數(shù)將取得一個已經(jīng)連接上的套接字的遠程信息（比如IP 地址和端口）。 第33頁，共38頁。2022/8/2034應用示例使用 AF_UNIX實現(xiàn)本機數(shù)據(jù)流通信示例 見代碼使用AF_INET實現(xiàn)UDP點對點通信示例 見代碼第34頁，共38

13、頁。第12章Linux socket網(wǎng)絡編程基礎 12網(wǎng)絡通信基礎 BSD Socket TCP網(wǎng)絡通信編程3BSD Socket UDP網(wǎng)絡通信編程4使用TCP實現(xiàn)簡單聊天程序第35頁，共38頁。2022/8/2036服務端運行結果（IP地址為192.168.0.93） 第36頁，共38頁。2022/8/2037客戶機運行結果(IP地址為192.168.0.133） 此程序只實現(xiàn)一端到端的數(shù)據(jù)傳遞，且只能一發(fā)一收的方式 。具體見代碼分析。第37頁，共38頁。2022/8/2038習題（1）七層模型與TCP/IP協(xié)議模型比較，各層完成的基本功能，對應的各層最主要功能是什么？（2）寫出你所知道的網(wǎng)絡設備、網(wǎng)絡協(xié)議其簡單工作原理描述,并列出其工作在TCP/IP協(xié)議棧的哪一層。（3）試寫出網(wǎng)絡