计算机网络第四次作业.doc

计
算
机
网
络
作
业
（第四次）
欧奇
2010142115
Socket
socket的英文原义是“孔”或“插座”。作为4BDS UNIX的进程通信机制，取后一种意思。通常也称作"套接字"，用于描述IP地址和端口，是一个通信链的句柄。在Internet上的主机一般运行了多个服务软件，同时提供几种服务。每种服务都打开一个Socket，并绑定到一个端口上，不同的端口对应于不同的服务。Socket正如其英文原意那样，象一个多孔插座。一台主机犹如布满各种插座的房间，每个插座有一个编号，有的插座提供220伏交流电， 有的提供110伏交流电，有的则提供有线电视节目。 客户软件将插头插到不同编号的插座，就可以得到不同的服务。
现象解释
　　socket非常类似于电话插座。以一个国家级电话网为例。电话的通话双方相当于相互通信的2个进程，区号是它的网络地址；区内一个单位的交换机相当于一台主机，主机分配给每个用户的局内号码相当于socket号。任何用户在通话之前，首先要占有一部电话机，相当于申请一个socket；同时要知道对方的号码，相当于对方有一个固定的socket。然后向对方拨号呼叫，相当于发出连接请求（假如对方不在同一区内，还要拨对方区号，相当于给出网络地址）。对方假如在场并空闲（相当于通信的另一主机开机且可以接受连接请求），拿起电话话筒，双方就可以正式通话，相当于连接成功。双方通话的过程，是一方向电话机发出信号和对方从电话机接收信号的过程，相当于向socket发送数据和从socket接收数据。通话结束后，一方挂起电话机相当于关闭socket，撤消连接。
电话系统
　　在电话系统中，一般用户只能感受到本地电话机和对方电话号码的存在，建立通话的过程，话音传输的过程以及整个电话系统的技术细节对他都是不透明的，这也与socket机制非常相似。socket利用网间网通信设施实现进程通信，但它对通信设施的细节毫不关心，只要通信设施能提供足够的通信能力，它就满足了。
　　至此，我们对socket进行了直观的描述。抽象出来，socket实质上提供了进程通信的端点。进程通信之前，双方首先必须各自创建一个端点，否则是没有办法建立联系并相互通信的。正如打电话之前，双方必须各自拥有一台电话机一样。在网间网内部，每一个socket用一个半相关描述：
　　（协议，本地地址，本地端口）
　　一个完整的socket有一个本地唯一的socket号，由操作系统分配。
　　最重要的是，socket 是面向客户/服务器模型而设计的，针对客户和服务器程序提供不同的socket 系统调用。客户随机申请一个socket （相当于一个想打电话的人可以在任何一台入网电话上拨号呼叫），系统为之分配一个socket号；服务器拥有全局公认的 socket ，任何客户都可以向它发出连接请求和信息请求（相当于一个被呼叫的电话拥有一个呼叫方知道的电话号码）。
　　socket利用客户/服务器模式巧妙地解决了进程之间建立通信连接的问题。服务器socket 半相关为全局所公认非常重要。读者不妨考虑一下，两个完全随机的用户进程之间如何建立通信？假如通信双方没有任何一方的socket 固定，就好比打电话的双方彼此不知道对方的电话号码，要通话是不可能的。
什么是socket
　　所谓socket通常也称作"套接字"，应用程序通常通过"套接字"向网络发出请求或者应答网络请求。以J2SDK-1.3为例，Socket和ServerSocket类库位于java .net包中。ServerSocket用于服务器端，Socket是建立网络连接时使用的。在连接成功时，应用程序两端都会产生一个Socket实例，操作这个实例，完成所需的会话。对于一个网络连接来说，套接字是平等的，并没有差别，不因为在服务器端或在客户端而产生不同级别。不管是Socket还是ServerSocket它们的工作都是通过SocketImpl类及其子类完成的。
重要的Socket API
　　重要的Socket API：java .net.Socket继承于java.lang.Object，有八个构造器，其方法并不多，下面介绍使用最频繁的三个方法，其它方法大家可以见JDK-1.3文档。
　　Accept方法用于产生"阻塞"，直到接受到一个连接，并且返回一个客户端的Socket对象实例。"阻塞"是一个术语，它使程序运行暂时"停留"在这个地方，直到一个会话产生，然后程序继续；通常"阻塞"是由循环产生的。
　　getInputStream方法获得网络连接输入，同时返回一个InputStream对象实例。
　　getOutputStream方法连接的另一端将得到输入，同时返回一个OutputStream对象实例。注意：其中getInputStream和getOutputStream方法均可能会产生一个IOException，它必须被捕获，因为它们返回的流对象，通常都会被另一个流对象使用。
SOCKET连接过程
　　根据连接启动的方式以及本地套接字要连接的目标，套接字之间的连接过程可以分为三个步骤：服务器监听，客户端请求，连接确认。
　　服务器监听：是服务器端套接字并不定位具体的客户端套接字，而是处于等待连接的状态，实时监控网络状态。
　　客户端请求：是指由客户端的套接字提出连接请求，要连接的目标是服务器端的套接字。为此，客户端的套接字必须首先描述它要连接的服务器的套接字，指出服务器端套接字的地址和端口号，然后就向服务器端套接字提出连接请求。
　　连接确认：是指当服务器端套接字监听到或者说接收到客户端套接字的连接请求，它就响应客户端套接字的请求，建立一个新的线程，把服务器端套接字的描述发给客户端，一旦客户端确认了此描述，连接就建立好了。而服务器端套接字继续处于监听状态，继续接收其他客户端套接字的连接请求。
如何开发一个Server-Client模型的程序
　　开发原理：
　　服务器，使用ServerSocket监听指定的端口，端口可以随意指定（由于1024以下的端口通常属于保留端口，在一些操作系统中不可以随意使用，所以建议使用大于1024的端口），等待客户连接请求，客户连接后，会话产生；在完成会话后，关闭连接。
　　客户端，使用Socket对网络上某一个服务器的某一个端口发出连接请求，一旦连接成功，打开会话；会话完成后，关闭Socket。客户端不需要指定打开的端口，通常临时的、动态的分配一个1024以上的端口。
　　Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解Socket接口。Socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解Socket了。网络的Socket数据传输是一种特殊的I/O，Socket也是一种文件描述符。Socket也具有一个类似于打开文件的函数调用Socket（），该函数返回一个整型的Socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该Socket实现的。
常用的Socket类型
有两种：流式Socket（SOCK_STREAM）和数据报式Socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的Socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式Socket是一种无连接的Socket，对应于无连接的UDP服务应用。Socket为了建立Socket，程序可以调用Socket函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket函数原型为：int socket(int domain,int type,int protocol);domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，(其与addrinfo 里的 AF_INET在现在看来是相同的。只是历史上人们曾构想将AF（地址家族address family）与PF(protocol family 协议家族)分开，但实际上这种区分并未真正推广，所以现在AF_INET和PF_INET具有相同的意义。其中AF_INET是基于IPv4而AF_INET基于IPv6）表示互联网协议族（TCP/IP协议族）；type参数指定socket的类型：SOCK_STREAM 或SOCK_DGRAM，Socket接口还定义了原始Socket（SOCK_RAW），允许程序使用低层协议；protocol通常赋值0。Socket（）调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。Socket描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用Socket函数时，socket执行体将建立一个Socket，实际上"建立一个Socket"意味着为一个Socket数据结构分配存储空间。执行体为你管理描述符表。两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。Socket数据结构中包含这五种信息。socket在测量软件中的使用也很广泛。
Socket 应用案例
java Socket 应用案例：
*聊天客户端程序
* @author
* @version 1.00 2009/8/29
*/
import java.awt.*;
import .*;
import java.io.*;
import java.awt.event.*;
public class Client5 extends Frame implements Runnable{
private TextField nameBox=new TextField("<名字>"); //显示用户名字
private TextArea msgView=new TextArea();
private TextField sendBox=new TextField();
private BufferedReader reader;
private PrintWriter writer;
private Socket socket;
public Client5(String title){
super(title);
msgView.setEditable(false);
//添加组件
add(nameBox,"North");
add(msgView,"Center");
add(sendBox,"South");
//添加动作事件监听器
sendBox.addActionListener(new ActionListener(){
public void actionPerformed(ActionEvent ae){
try{
//发送用户名及消息内容
writer.println(nameBox.getText()+":"+sendBox.getText());
sendBox.setText(""); //消除sendBox内容
}catch(Exception ie){}
}
});
pack();
}
public void run() {
while(true){
try{
//从输入流读取数据，然后添加至msgView中
msgView.append(reader.readLine()+"\n");
}catch(IOException ie){}
}
}
private void connect(){
try{
msgView.append("尝试与服务器套接字连接\n");
socket=new Socket("127.0.0.1",7777);
msgView.append("聊天准备完毕\n");
reader=new BufferedReader(
new InputStreamReader(socket.getInputStream()));
writer=new PrintWriter(socket.getOutputStream(),true);
new Thread(this).start();
}catch(Exception e){
msgView.append("连接失败...");
}
}
public static void main(String[] args){
Client5 client=new Client5("聊天");
client.setVisible(true);
client.connect();
}

}
Delphi Socke应用案例：
下面是一个简单的Socket通信程序，其中客户机和服务机是同一个程序，当客户机（服务器）在一个memo1中输入一段文字然后敲入回车，该段文字就可以显示在服务器(客户机)的memo2中，反之亦成立。具体步骤如下：
　　1、新建一个form，任意命名，不妨设之为chatForm；放上一个MainMenu(在Standard栏中)，建立ListenItem、ConnectItem、Disconnect和Exit菜单项；在从Internet栏中选择TServerSocket、TClientSocket添加到chatForm中，其中把TClientSocket的名字设为ClientSocket, port设为1025，默认的active为false；把TServerSocket的名字设为ServerSocket，port设为1025，默认的active为false，其他的不变；再放入两个memo，一个命名为memo1,另外一个命名为memo2,其中把memo2的color设置为灰色，因为主要用来显示对方的输入。下面我们一边编写代码一边解? 因。
　　２、双击ListemItem。写入如下代码：
procedure TChatForm.ListenItemClick(Sender: TObject);
begin
ListenItem.Checked := not ListenItem.Checked;
if ListenItem.Checked then
begin
ClientSocket.Active := False;
ServerSocket.Active := True;
end
else
begin
if ServerSocket.Active then
ServerSocket.Active := False;
end;
end;
　　该程序段的说明如下：当用户选择ListemItem时，该ListenItem取反，如果选中的话，说明处于Listen状态，读者要了解的是：listen是Socket作为Server时一个专有的方法，如果处于listen,则ServerSocket设置为活动状态；否则，取消listen，则关闭ServerSocket。实际上，只有用户一开始选择该菜单项，表明该程序用作Server。反之，如果用户选择ConnectItem，则必然作为Client使用。
　　３、双击ConnectItem，敲入以下代码。
procedure TChatForm.ConnectItemClick(Sender: TObject);
begin
if ClientSocket.Active then ClientSocket.Active := False;
if InputQuery(Computer to connect to, Address Name:, Server) then
if Length(Server) $#@62; 0 then
with ClientSocket do
begin
Host := Server;
Active := True;
ListenItem.Checked := False;
end;
end;
　　这段程序的主要功能就是当用户选择ConnectItem菜单项时，设置应用程序为客户机，弹出input框，让用户输入服务器的地址。这也就是我们不一开始固定ClientSocket的host的原因，这样用户可以动态地连接不同的服务器。读者需要了解的是主机地址只是Socket作为客户机时具有的一个属性，Socket作为服务器时“一般“不用地址，因为它同本机绑定。
　　4、在memo1的keydown方法中写入如下代码：
procedure TChatForm.Memo1KeyDown(Sender: TObject; var Key: Word;
Shift: TShiftState);
begin
if Key = VK_Return then
if IsServer then
ServerSocket.Socket.Connections[0].SendText(Memo1.Lines[Memo1.Lines.Count - 1])
else
ClientSocket.Socket.SendText(Memo1.Lines[Memo1.Lines.Count - 1]);
end;
　　该段代码的作用很明显，就是开始发消息了。其中如果是Server的话，它只向第一个客户机发消息，由于一个服务器可以连接多个客户机，而同客户机的每一个连接都由一个Socket来维持，因此ServerSocket.Socket.Connnections数组中存储的就是同Client维持连接的Socket。在标准Socket中，服务器方的Socket通过accept()方法的返回值获取维持同客户机连接的Socket,而发送、接受消息的方法分别为send(sendto)和recv(recvfrom), Delphi对此进行了封装。
　　５、其余代码的简要介绍。
procedure TChatForm.ServerSocketAccept(Sender: TObject;
Socket: TCustomWinSocket);
begin
IsServer := True;
end;
　　ServerSocket的Accept方法，当客户机第一次连接时完成，通过其参数可以认为，它是在标准的accept方法后执行的，因为有TCustomWinSocket这个参数类型，它应该是标准Server方Socket的返回值。
procedure TChatForm.ClientSocketRead(Sender: TObject;
Socket: TCustomWinSocket);
begin
Memo2.Lines.Add(Socket.ReceiveText);
end;

procedure TChatForm.ServerSocketClientRead(Sender: TObject;
Socket: TCustomWinSocket);
begin
Memo2.Lines.Add(Socket.ReceiveText);
end;
　　这两段代码分别是服务器方和客户机方在收到对方的消息时，由Delphi触发的，作用是在memo2中显示收到的消息。其中，ClientSocketRead中的Socket实际上就是Socket本身，而在ServerSocketClientRead中的Socket实际上是ServerSocket.Socket.Connection[]中的某个Socket。不过在Delphi中，对服务器方的Socket进行了有效的封装。
procedure TChatForm.ServerSocketClientConnect(Sender: TObject;
Socket: TCustomWinSocket);
begin
Memo2.Lines.Clear;
end;
procedure TChatForm.ClientSocketDisconnect(Sender: TObject;
Socket: TCustomWinSocket);
begin
ListenItemClick(nil);
end;
　　这两段比较简单。其中ServerSocketClientConnect在ServerSocket收到一个新的连接时触发。而ClientSocketDisconnect在ClientSocket发出Disconncet时触发。

procedure TChatForm.Exit1Click(Sender: TObject);
begin
ServerSocket.Close;
ClientSocket.Close;
Close;
end;
procedure TChatForm.Disconnect1Click(Sender: TObject);
begin
ClientSocket.Active := False;
ServerSocket.Active := True;
end;
　　第一段为关闭应用程序。在标准Socket中，每个Socket在关闭时，必须调用closesocket()方法，否则系统不会释放资源。而在ServerSockt.Close和ClientSocket.Close中，系统内部肯定调用了closesocket（）方法。
三、标准Socket与Delphi中的Socket。
标准的Socket的应用程序框架如下：
Server方： Socket()[ 新建一个Socket]－－Bind()[ 同服务器地址邦定 ]－－Listen() －－Accept()－－block wait－－read()[接受消息，在windows平台中，方法为send(TCP),或者是sendto(UDP)]－－处理服务请求－－Write()[发送消息，在windows平台中，方法为send(TCP), 或者为sendto(UDP)。
Client方相对简单：Socket()－－Connect()[通过一定的port连接特定的服务器，这是与服务器建立连接]－－Write()－－Read()。
　　Socket可以是基于TCP的，也可以是基于UDP,同时Socket甚至建立在其他的协议，比如IPX/SPX，DECNet等。在新建一个Socket时，可以指定新建何类Socket。Bind()用来同服务器的地址邦定，如果一个主机只有一个IP地址，实际上邦定的作用就相对多余了。Listen()开始监听网络，Accept()用于接受连接，其返回值是保持同客户机联系的Socket。
　　在Delphi中，对于Windows中的Socket进行了有效的封装。在Delphi中，按其继承关系，可以分层两类：
一、TComponent－－TAbstractSocket－－TCustomSocket－－TCustomServerSocket－－TServerSocket
TComponent－－TAbstractSocket－－TCustomSocket－－TClientSocket
二、直接从TObject继承过来:
TObject－－TCustomWinSocket－－TServerWinSocket
TObject－－TCustomWinSocket－－TClientWinSocket
TObject－－TCustomWinSocket－－TServerClientWinSocket
　　可以看出第一类建立在TCustomSocket基础上，第二类建立在TCustomWinSocket的基础上。第一类建立在TComponet的基础上，第二类直接构建在TObject基础上。因此如果用户非常熟悉Socket并且想要编写控制台程序时，可以使用TCustomWinScoket类。
　　同uses中可以看出，它们都在ScktComp.pas中实现，而在schtComp.pas中，则包含了winsock.pas文件，如果继续深入winsock文件，在其中可以发现所有的Windows Socket的基本方法。

　　实际上，如果你了解了标准Socket的应用程序框架，对于使用Delphi编写Socket应用程序也就得心应手了；这不是说你必须了解复杂的Socket中的标准函数，也没有必要，因为Delphi已经为你做了很好的封装了，这也正是Delphi的强势所在，你只要了解那么一点点的基本框架。
　　这是我对Delphi中的Socket应用的理解，不足之处希望大家指正。同时也乐于为大家解答Delphi中有关Socket的问题。