第3講 傳送-(1)流套接字編程

第3講流套接字編程Windows網絡編程基礎內容提要1.TCP：傳輸控制協(xié)議2.流式套接字編程模型3.基本函數4.程序舉例5.程序運行過程分析1.TCP：傳輸控制協(xié)議運輸層協(xié)議TCPTranspotControlProtocol，傳輸控制協(xié)議面向連接提供高可靠性服務，用于一次傳輸要交換大量報文的情形。增加許多開銷：確認、流量控制、計時器以及連接管理等。TCP的正常的連接建立和關閉SYN,SEQ=x客戶進程服務器進程LISTEN（被動打開）(主動打開)SYN_SENTSYN_RCVDESTABLISHEDESTABLISHED(主動關閉)FIN_WAIT_1CLOSE_WAIT(被動關閉)FIN_WAIT_2LAST_ACKTIME_WAITCLOSED（全雙工數據傳送階段）SYN,ACK,SEQ=y,ACK=x+1ACK,SEQ=x+1,ACK=y+1FIN,SEQ=uACK,SEQ=v,ACK=u+1FIN,ACK,SEQ=v,ACK=u+1ACK,SEQ=u+1,ACK=v+1TIME_WAITCLOSE_WAITSYN_RCVDESTABLISHEDTCP

的

有

限

狀

態(tài)

機CLOSEDESTABLISHEDLISTENCLOSE_WAITFIN_WAIT_1SYN_RCVDFIN_WAIT_2CLOSINGTIME_WAITSYN_SENTLAST_ACK主動打開被動打開被動關閉主動關閉起點被動打開主動打開發(fā)送SYN同時打開收到SYN，發(fā)送SYN,ACK收到ACK數據傳送階段

關閉發(fā)送FIN

關閉發(fā)送FIN

關閉發(fā)送FIN收到RST

收到SYN發(fā)送SYN,ACK

關閉或超時收到ACK

收到SYN,ACK發(fā)送ACK收到ACK收到ACK收到FIN發(fā)送ACK收到FIN,ACK

發(fā)送ACK收到FIN發(fā)送ACK同時關閉收到FIN發(fā)送ACK發(fā)送SYN定時經過兩倍報文段壽命后關閉1.TCP：傳輸控制協(xié)議2.流式套接字編程模型1).流套接字編程模型基礎傳輸方式客戶機/服務器方式特點面向連接過程

服務器進程和客戶端進程在通信前必須創(chuàng)建各自的套接字，建立連接，然后對相應的套接字進行“讀”、“寫”操作，實現(xiàn)數據的傳輸。2).流套接字編程的適用場合適用場合：大數據量的數據傳輸應用可靠性要求高的傳輸應用3).通信過程服務器通信過程：①socket初始化；②創(chuàng)建套接字，指定使用TCP（可靠的傳輸服務）進行通信；③指定本地地址和通信端口；④等待客戶端的連接請求；⑤進行數據傳輸；⑥關閉套接字；⑦結束對windowssocketsdll的使用?？蛻舳送ㄐ胚^程：①socket初始化；②創(chuàng)建套接字，指定使用TCP（可靠的傳輸服務）進行通信；③指定服務器地址和通信端口；④向服務器發(fā)送連接請求；⑤進行數據傳輸；⑥關閉套接字；⑦結束對windowssocketsdll的使用。3).通信過程4).客戶－服務器交互模型socket()，建立流式套接字，返回套接字標識s

bind()，使套接字s與本地地址相連listen()，在套接字s上偵聽連接請求accept()，準備接收客戶連接；accept返回，創(chuàng)建新套接字ns，原套接字s仍處于偵聽狀態(tài)；socket()，建立流式套接字，返回套接字標識s

connect()，s與服務器建立連接recv/send(),在ns上讀寫數據closesocket()，關閉s，通信結束closesocket()，關閉套接字nsclosesocket()，關閉套接字s，服務結束服務器客戶端recv/send(),在s上讀寫數據問題：server如何處理與多個client建立連接？ListeningserverTCPServerchildServerchildclientclientTCPTCPconnectionconnectionconnectionconnectionconnectionconnection5).流式套接字服務器工作原理1.TCP：傳輸控制協(xié)議2.流式套接字編程模型3.基本函數①創(chuàng)建套接字——socket函數定義：SOCKETsocket(intaf,inttype,intprotocol);輸入參數：

af：指定網絡地址類型，一般取AF_INET，表示該套接字在Internet域中進行通信；

type：指定套接字類型，這里取SOCK_STREAM，表創(chuàng)建的套接字是流套接字；

protocol：指定網絡協(xié)議，取0表示默認為TCP/IP協(xié)議。返回值：正確：創(chuàng)建的套接字句柄SOCKET

錯誤：INVALID_SOCKET（WSAGetLastError）功能：創(chuàng)建一個套接字，用于以后的數據傳輸說明：該函數調用指定了五元組中的“協(xié)議”一元。服務器和客戶端都要創(chuàng)建，服務器總是先于客戶進程啟動。

①創(chuàng)建套接字——socketAF_XXX與PF_XXXAF_前綴表示地址族，PF_前綴表示協(xié)議族。目前頭文件（socket.h）中為一給定協(xié)議定義的PF_值總是與此協(xié)議的AF_值相等。盡管這種相等關系并不保證永遠正確，若有人試圖給已有的協(xié)議改變這種約定，則許多現(xiàn)存代碼都將崩潰，目前兩個值混用現(xiàn)象比較多。②指定本地地址——bind函數定義：

intbind(SOCKETs,conststructsockaddr*name,intnamelen);輸入參數：

s：標識一個未捆綁套接字的句柄，用來等待客戶機的連接；

name：賦予套接字的地址，由structsockaddr結構表示；

namelen：name字段的值長度，以字節(jié)為單位。返回值：正確：0

錯誤：SOCKET_ERROR（WSAGetLastError）功能：將本地地址綁定到所創(chuàng)建的套接字上以在網絡上標識該套接字。關于bind函數的幾點說明地址種類常規(guī)地址：特定主機地址，特定端口號通配地址：INADDR_ANY，0進程指定結果IP地址端口通配地址0內核選擇IP和端口通配地址非0內核選擇IP，進程指定端口本地IP地址0進程指定IP，內核選擇端口本地IP地址非0進程指定IP和端口When？client端的socket是否需要關聯(lián)本地地址的？不建議connectsendto如果由系統(tǒng)選擇地址或端口，如何獲得套接字的雙方地址？Getsockname函數：獲得本地與套接字關聯(lián)的IP地址和端口號Getpeername函數：獲得通信對等端與套接字關聯(lián)的IP地址和端口號關于bind函數的幾點說明③監(jiān)聽連接——listen功能： 把一個未連接的套接字轉換成一個被動套接字；規(guī)定了內核相應套接字排隊的最大連接個數。函數定義：intlisten(SOCKETs,intbacklog)輸入參數：

S：一個本地已建立的、尚未連接的套接字標識；

backlog：表示請求隊列的最大長度；返回值：正確：0

錯誤：SOCKET_ERROR操作系統(tǒng)Web服務器2.bind(80)801.socket()3.listen()Listenqueue服務器初始化未完成連接隊列（SYN_RCVD狀態(tài)）已完成連接隊列（ESTABLISHED狀態(tài)）服務器TCP到達的SYN分節(jié)三次握手完成accept兩隊列之和不超過backlogSYN,SEQ=x客戶進程服務器進程(主動打開)SYN_SENTSYN_RCVDESTABLISHEDESTABLISHEDSYN,ACK,SEQ=y,ACK=x+1ACK,SEQ=x+1,ACK=y+1SYN_RCVDESTABLISHED④建立套接字連接★

客戶機端——connect（）函數定義：intconnect（SOCKETs,structsockaddrFAR*name,intnamelen）輸入參數：

s：本地套接字標識

name：要建立連接的遠地地址和端口

namelen：指明name的長度返回值：正確：0

錯誤：SOCKET_ERROROS1.socket()Web服務器2.bind(80)3.listen()80Listenqueue客戶connect()Requestfrom(IP,port)建立與服務器的連接關于connect函數的幾點說明connect函數完成的功能：注冊服務器地址與遠地服務器建立連接通過connect成功建立連接：服務器存在路徑可達返回值分析阻塞套接字：返回值表示連接是否成功；非阻塞套接字：返回SOCKET_ERROR,且錯誤號為WSAEWOULDBLOCK時，表示連接不能立即完成。Connect函數常見的若干錯誤ETIMEDOUT錯誤：若TCP客戶重發(fā)幾次SYN請求后仍然沒有收到SYN分節(jié)的響應。ECONNREFUSED錯誤：若服務器對客戶的SYN響應是RST，表示該服務器主機在客戶端指定的端口上沒有進程提供服務。EHOSTUNREACH錯誤或ENETUNREACH錯誤：客戶端發(fā)出SYN后收到ICMP目的不可達報文，在重試若干次后無效。注意：若connect失敗，則套接口不再可用，必須關閉，再次調用connect函數是無效的。關于connect函數的幾點說明操作系統(tǒng)Web服務器80Listen隊列客戶1客戶3客戶2客戶請求在listen隊列中獲取先進先出服務(排隊)服務器忙④建立套接字連接★

服務器端——accept（）功能：服務器端調用該函數接收客戶進程的連接。函數定義：SOCKETaccept(SOCKETs,structsockaddrFAR*addr,intFAR*addrlen)輸入參數：s：本地套接字標識addr：存放客戶進程的地址和端口號addrlen：指明addr的長度返回值：用于與當前客戶進程通信的新套接字的標識，這個套接字與原有套接字的特性相同。說明：必須在listen之后調用。操作系統(tǒng)Web服務器80Listen隊列客戶1客戶3客戶2客戶請求在listen隊列中奪取先進先出服務accept()已連接的socketaccept()調用

accept函數的執(zhí)行情況阻塞套接字當連接隊列上沒有等待的連接，accept進入阻塞狀態(tài)非阻塞套接字當連接隊列上沒有等待的連接，accept返回錯誤WSAEWOULDBLOCK⑤數據傳輸——send和recv★

發(fā)送數據——send函數定義：intsend(SOCKETs,constcharFAR*buf,intlen,intflags)輸入參數：

s：套接字標識

buf：存放發(fā)送數據的緩沖區(qū)

len：發(fā)送數據的字節(jié)總數

flags：對發(fā)送數據的處理方式

MSG_DONTROUTE：不要路由，MSG_OOB：帶外數據返回值：成功：發(fā)送的字節(jié)總數失敗：SOCKET_ERROR數據發(fā)送給誰？關于send函數的幾點說明使用場合流式套接字已建立連接的數據報套接字發(fā)送長度<套接字允許的最大長度相關錯誤：如果數據太長無法自動通過下層協(xié)議，則返回WSAEMSGSIZE錯誤，數據不會被發(fā)送。問題1：發(fā)送成功是否意味著數據傳送到達？否問題2：在SOCKE_STREAM中，send函數如何獲知數據的目的主機地址？Server：accept函數獲得對方地址Client：connect函數注冊對方地址問題3：如果傳送數據的緩存區(qū)空間不夠保存需傳送的數據，如何處理？阻塞模式：等待非阻塞模式：實際寫的數據可能在1到所需大小之間，其值取決于本地和遠端主機的緩沖區(qū)大小。通過異步處理確定何時能夠進一步發(fā)送數據關于send函數的幾點說明關于send函數的幾點說明問題4：根據數據長度、網絡允許最大長度和系統(tǒng)緩存的情況，實際返回的發(fā)送長度有哪些情況？

設待發(fā)送的數據長度為X，實際發(fā)送的字節(jié)總數為X’，分以下幾種情況討論：1）X>最大長度:error2）Sysbufsize<X<最大長度:阻塞模式：等待，成功發(fā)送后X’=X非阻塞模式：X’=min{本地系統(tǒng)緩存大小，遠端系統(tǒng)緩存大小}3）X<sysbuf:X’=X★

接收數據——recv函數定義：intrecv(SOCKETs,charFAR*buf,intlen,intflags)輸入參數：

s：套接字標識

buf：接收數據的緩沖區(qū)

len：指明buf的字節(jié)數

flags：指定處理數據的方式；

MSG_OOB：處理帶外數據；MSG_PEEK：保留數據返回值：

成功：接收的字節(jié)總數 失?。篠OCKET_ERROR⑤數據