第四讲 套接字API.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,*,单击此处编辑母版标题样式,计算机通信与网络编程,第四讲 套接字,API,电子科技大学计算机学院,什么是套接字,TCP/IP,协议存在于,OS,中，网络服务通过,OS,提供,在,OS,中增加支持,TCP/IP,的,系统调用,Berkeley,套接字,如,Socket,，,Connect,，,Send,，,Recv,等,1981,提出于,BSD4.1 UNIX,本书基于,BSD4.4,版本,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,什么是套接字,1.,套接字是一个主机本地应用程序所创建的,为操作系统所控制的接口,(“,门”,).,2.,应用进程通过这个接口,使用传输层提供的服务,跨网络发送,(/,接收,),消息到,(/,从,),其他应用进程。,3.Client/server,模式的通信接口,套接字接口,.,socket,process,TCP with,buffers,variables,socket,由应用程序,开发者控制,由操作系统控制,host or,server,process,TCP with,buffers,variables,socket,controlled by,application,developer,controlled by,operating,system,host or,server,internet,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,套接字,API,来自,UNIX,系统,Berkeley,套接字,ARPA,要求伯克利分校将,TCP/IP,移植到,UNIX,中,需要创建一个接口，便于应用程序使用这个接口 进行网络通信,尽可能使用现有的系统调用,同时添加新的系统调用支持,TCP/IP,。,这个系统被称为,BSD UNIX,套接字，成为事实上的标准,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,指明一个协议接口,考虑：接口是专门针对,TCP/IP,还是可以为其它协议所用呢,?,方法一,:,定义专门支持,TCP/IP,通信的一些函数,方法二,定义支持一般网络通信的函数，用参数是,TCP/IP,通信作为一种特例,Berkeley,套接字使用第二种办法，具有通用性，,TCP/IP,是一个族,PF_INET,使用服务的类型，而不是指定协议名,争论：,通用性没有必要，使应用程序难以阅读,通用性可以使程序员免于了解协议族的细节,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,套接字：描述符,OS,将文件描述符实现为一个指针数组，指向一个内部的数据结构：进程描述符表的下标,套接字和文件类似，每个活动套接字使用一个小整数标识，进程的文件描述符和套接字描述符值不能相同,socket,函数：创建套接字描述符（不是,open,函数）,0,：,1,：,23,：,进程的文件描述符表,（一个进程一张）,用于文件,0,的内部数据结构,用于文件,1,的内部数据结构,用于文件,2,的内部数据结构,用于文件,3,的内部数据结构,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,针对套接字的系统数据结构,调用,socket,将创建一个新的描述符条目,结构的许多字段是其他的系统调用来填,0,：,1,：,2,：,3,：,4,：,描述符表,（一个进程一张）,family:PF_INET,service:SOCK_STREAM,Local IP:,Remote IP:,Local port:,Remote port:,:,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,主动套接字和被动套接字,创建方式相同，使用方式不同,等待传入连接的套接字,被动,，,如服务器套接字,发起连接的套接字,主动,，,如客户套接字,指明端点地址：创建时不指定，使用时指明,TCP/IP,需要指明协议端口号和,IP,地址,TCP/IP,协议族：,PF_INET,TCP/IP,的地址族：,AF_INET,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,类属地址结构,套接字系统定义的一般化的地址结构,（地址族，该族的端点地址）,套接字的普通,C,定义结构,struct,sockaddr,u_char,sa_len,;,u_short,sa_family,；,char sa_data14;/14B,通用的地址结构（只是很适用于,AF_INET,族中的地址）,TCP/IP,的地址定义,struct,sockaddr_in,u_char,sin_len,;,u_short,sin_family,；,u_short,sin_port,；,/2B,struct,in_addr,sin_addr;/4B,char sin_zero8;/8B,IP,专用的结构,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,套接字,API,的主要系统调用,套接字调用分为两组：,主调用：提供下层功能的访问,实用例程：提供帮助,套接字带有参数，允许以多种方式来使用它们。,可被客户或服务器使用,可被,TCP,或,UDP,使用,可使用特定或非特定的远程端点地址,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,一些主调用的套接字,API:,int,Socket,(,int,domain,int,type,int,protocol),功能：,创建一个新的套接字，返回套接字描述符,参数说明：,domain,：,域类型，指明使用的协议栈，如,TCP/IP,使用的是,PF_INET,type:,指明需要的服务类型,如,SOCK_DGRAM:,数据报服务，,UDP,协议,SOCK_STREAM:,流服务，,TCP,协议,protocol:,一般都取,0,（因为已经指定了服务类型）,举例：,s=socket(PF_INET,SOCK_STREAM,0),计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,int,bind(int,sockfd,struct,sockaddr,*,my_addr,int,addrlen,),功能：为套接字指明一个本地端点地址,TCP/IP,协议使用,sockaddr_in,结构，包含,IP,地址和端口号,服务器使用它来指明熟知的端口号，然后等待连接,参数说明：,Sockfd,:,套接字描述符，指明创建连接的套接字,my_addr,:,本地地址，,IP,地址和端口号,addrlen,:,地址长度,举例：,bind(sockfd,(,struct,sockaddr,*)&address,sizeof(address,);,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,int,listen(int,sockfd,int,input_queue_size),功能：,面向连接的套接字使用它将一个套接字置为被动模,式，并准备接收传入连接。用于服务器，指明某个,套接字连接是被动的,参数说明：,Sockfd,:,套接字描述符，指明创建连接的套接字,input_queue_size:,该套接字使用的队列长度,指定在请求队列中允许的最大请求数,举例：,listen(sockfd,20),计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,int,accept(int,sockfd,struct,sockaddr,*,addrint,*,addrlen,);,功能：获取传入连接请求，返回新的连接的套接字描述符。,为每个新的连接请求创建了一个新的套接字，服务器只对新的连接使用该套接字，原来的监听套接字接受其他的连接请求。,新的连接上传输数据使用新的套接字，使用完毕，服务器将关闭这个套接字。,参数说明：,Sockfd,:,套接字描述符，指明正在监听的套接字,addr,:,提出连接请求的主机地址,addrlen,:,地址长度,举例：,new_sockfd,=,accept(sockfd,(,struct,sockaddr,*)&address,sizeof(address,);,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院功能：同远程服务器建立主动连接，成功时返回,0,，若连接失败返回,1,。,参数说明：,Sockfd,:,套接字描述符，指明创建连接的套接字,Server_addr,:,指明远程端点：,IP,地址和端口号,sockaddr_len,:,地址长度,举例,(P49):,connect(s,remaddr,remaddrlen,),int,connect,（,int,sockfd,struct,sockaddr,*,server_addr,int,sockaddr_len,）,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,int,send(int,sockfd,const void*data,int,data_len,unsigned,int,flags),功能：,在,TCP,连接上发送数据,返回成功传送数据的长度，出错时返回,1,。,send,会将外发数据复制到,OS,内核中，也可以使用,send,发送面向连接的,UDP,报文。,参数说明：,sockfd,:,套接字描述符,data:,指向要发送数据的指针,data_len,:,数据长度,flags:,通常为,0,（其他情况：如,MSG_OOB,处理带外数据，,MSG_DONTROUTE,不使用路由）,举例,(p50),：,send(s,req,strlen(req),0);,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,int,sendto(int,sockfd,const void*data,int,data_len,unsigned,int,flags,struct,sockaddr,*,remaddr,int,remaddr_len,）,功能：基于,UDP,发送数据报，返回实际发送的数据长度，出错时返回,1,参数说明：,sockfd,:,套接字描述符,data:,指向要发送数据的指针,data_len,:,数据长度,flags:,通常为,0,remaddr,:,远端地址：,IP,地址和端口号,remaddr_len,:,地址长度,举例：,sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),0,(struct,sockaddr,*)&address,sizeof(address,);,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,int,recv(int,sockfd,void*,buf,int,buf_len,unsigned,int,flags);,功能：,从,TCP,接收数据,返回实际接收的数据长度，出错时返回,1,。,服务器使用其接收客户请求，客户使用它接受服务器的应答。,如果没有数据，将阻塞,。,如果,TCP,收到的数据,大于,(/,小于,),缓存的大小，,只抽出能够填满缓存的足够数据,(/,抽出所有数据并返回它实际接收的字节数,),。,也,可以使用,recv,接收面向连接的,UDP,的报文，若缓存不能装下整个报文，填满缓存后剩下的数据将被丢弃。,参数说明：,Sockfd,:,套接字描述符,Buf,:,指向内存块的指针,Buf_len,:,内存块大小，以字节为单位,flags:,一般为,0,（,MSG_WAITALL,接收到指定长度数据时才返回）,举例：,recv(sockfd,buf,8192,0),计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,int,recvfrom(int,sockfd,void*,buf,int,buf_len,unsigned,int,flags,struct,sockaddr,*,from,int,fromlen,);,功能：从,UDP,接收数据，返回实际接收的字节数，失败时返回,1,参数说明：,Sockfd,:,套接字描述符,buf,:,指向内存块的指针,buf_len,:,内存块大小，以字节为单位,flags:,一般为,0,from:,远端的地址，,IP,地址和端口号,fromlen,:,远端地址长度,举例：,recvfrom(sockfd,buf,8192,0,(,struct,sockaddr,*)&address,sizeof(address,);,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,close(int,sockfd,);,功能：,撤销套接字,.,如果,只有,一个进程使用，立即终止连接并撤销该套接字，如果多个进程共享该套接字，将引用数减一，如果引用数降到零，则撤销它,。,参数说明：,Sockfd,:,套接字描述符,举例：,close(socket_descriptor,),计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,套接字,API,中的主要系统调用,read,和,write,在,UNIX,和,Linux,中，可以代替,recv,和,send,因为都调用内核的,sosend,实现。,小结：,socket,*,connect,*,send(write),*,recv(read,),*,close,*,bind,*,listen,*,accept,*,recvfrom,*,sendto,*,recvmsg,sendmsg,shutdown,getpeername,getsockopt,setsockopt,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,用于整数转换的实用例程,网络字节顺序：最高位字节在前,有些套接字例程要求参数按照网络字节顺序存储。如,sockaddr_in,需要网络字节顺序和本地主机字节顺序进行转换的函数，坚持使用，便于移植。,Low Byte,High Byte,High Byte,Low Byte,Address A,Address A+1,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,用于整数转换的实用例程,分为短（,short 16,位,),和长（,long 32,位,),两种,htons,:,将一个短整数从本地字节顺序转换为网络字节顺序；,ntohs,:,将一个短整数从网络字节顺序转换为本地字节顺序；,htonl,和,ntohl,：类似如上,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,在程序中使用套接字调用,使用,TCP,的客户和服务器套接字函数调用序列,socket,客户端,connect,send,recv,close,socket,服务器端,bind,listen,accept,close,send,recv,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,套接字调用参数使用的符号常量,UNIX,系统提供了预定义的符号常量和数据结构来声明数据和指明参数：,使用何种服务：,SOCK_DGRAM数据报服务，,UDP,协议,SOCK_STREAM:,流服务，,TCP,协议,PF_INET,：,使用,TCP/IP,协议族,AF_INET:,使用,TCP/IP,地址结构,需要,include,，,引用出现这些定义的文本,#include,#include,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,总结,套接字已经成为一种事实上的标准,socket,函数使用,PF_INET,说明使用,TCP/IP,其它的系统调用的使用方法,bind,listen,connect,accept,read,write,close,协议族的地址表示方式,AF_INET,指明含有一个,IP,地址和端口号的端点地址,TCP/IP,是用于定义的结构,sockaddr_in,一些预定义的结构和常量需要,include,引用,计算机通信与网络编程,电子科大计算机学院,