Chap06

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班岑
7 years ago
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1 基于 TCP 与 UDP 的服务器器端 / 客户端程序开发

2 基于 TCP 的 C/S 程序 - 服务器器端分析 Client Server

3 listen() 的工作过程调用 listen() 函数进入等待连接请求状态在 listen() 之后, 客户端的 connect() 调用才有作用 listen(int sock, int backlog) 成功返回 0, 失败返回 -1

4 listen(): 连接请求等待队列列客户端请求连接时, 服务器器受理理连接前,( 客户端 ) 连接一直处于等待状态

5 listen(int sock, int backlog) 函数两个参数的形象比喻 sock: 门卫大门传达室客户请求建立连接时, 先咨询门卫 : 是否可以建立连接?

6 listen(int sock, int backlog) 函数两个参数的形象比喻 backlog: 等待室休息室门卫同意用户连接后, 用户进入后需要在休息室等待休息室的容量量是有限的

7 再谈 backlog 参数根据服务器器端的特性确定例例如, 请求频繁的 Web 服务器器可设为 15 如何确定 : 始终是按照实验来确定

8 accept() 的工作过程队列列中等待的请求会被服务器器最终处理理处理理时由哪个套接字来处理理?

9 int accept(int sock, struct sockaddr * addr, socklen_t * addrlen) sock: 服务器器套接字的文件描述符 (fd) addr: 保存发起连接请求的客户端的地址信息 addrlen: 第二个参数的长度为何第二三个参数传指针?

12 accept() 工作过程受理理连接请求等待队列列里里的客户端连接请求若函数调用成功, 则函数内部产生用于与客户端通信 (I/O) 的套接字, 返回其文件描述符 (fd) 注意 : 套接字是自动创建的, 与服务器器的套接字并不不同

14 代码分析 :Hello socket Server

15 基于 TCP 的 C/S 程序 - 客户端分析 Client Server

16 connect() 客户端与服务器器端的显著区别 : 服务器器端等待连接客户端请求连接服务器器端调用 listen() 之后, 客户端就可以请求了了

17 int connect(int sock, struct sockaddr * addr, socklen_t * addrlen) sock: 服务器器套接字的文件描述符 (fd) addr: 保存可建立起连接的服务器器端的地址信息 addrlen: 第二个参数的长度

18 调用 connect 函数以后, 客户端将一直等待返回结果, 直到下面情况的发生服务器器端接收连接, 客户端获得返回结果发生异常, 中断连接请求

19 connect() 调用后的数据交换服务器器端的 listen() 函数需要一直等待客户端, connect() 也需要等待服务器器端接收连接请求他们的等待有何联系和先后次序? connect 调用后不不必马上交换数据

20 客户端的套接字地址信息在哪里里? 一个 TCP/IP 应用层程序需要至少对应一个 <IP 地址, 端口号 > 服务器器端运行行时, 知道自己的 <IP 地址, 端口号 >, 显示地用 bind 来绑定到本机客户端没有 bind 其 IP 地址和端口号在 connect 函数处确定本机 IP 地址随机分配端口号

22 代码分析 :Hello socket Client

23 总结 : 基于 TCP 的 C/S 程序函数调用关系

24 总结 : 基于 TCP 的 C/S 程序函数调用关系客户端的 connect() 必须要在 listen() 之后才可以调用调用后等待 accept()

25 服务器器端的 listen() 和 accept() 调用listen() 后开始接收客户端请求 accept() 的调用与客户端请求没有严格的顺序要求先来请求, 再 accept 直接先 accept? 再来请求也可以

26 迭代执行行 : 更更实用的 C/S 程序已经讨论的程序将每个函数执行行一遍,close() 了了 socket 以后就退出运行行了了实际的持续提供服务的服务器器不不可能执行行一次程序就关闭了了需要有持续运行行的基于 TCP 的 C/S 程序用循环实现即可

29 迭代的回声服务器器回声 (echo) 服务器器定义满足如下 ( 比较简化的 ) 设计要求 : 服务器器端同一时刻只处理理一个客户端请求服务器器端依次向五个客户端提供服务, 然后退出客户端发送文本给服务器器, 服务器器回传 (echo back) 客户端输入退出指令, 结束一个客户端的请求

30 Server

31 Server

32 Server

33 Client

34 跳出循环, 结束 socket, 导致 Server 端的行行 while 中断 Client

35 回声程序存在的问题思考 Client

36 回声程序存在的问题 - 如何解决? 策略略一 : 提前如果知道传递的数据长度策略略二 : 约定一个分界符

37 TCP 原理理 : 回顾 TCP 套接字的 I/O 缓存 ( 缓冲 ) 机制对于同样一段发送和接受的数据, 发送过程和接受过程对于数据的操作次数是可以不不一样的, 例例如一个长 55 字节的数据 : 可以传输 11 次, 每次传输 5 个字节可以接收 5 次, 每次接收 11 个字节可以传输 / 接收 10 次, 传输的字节数

38 TCP 套接字的 I/O 缓存 ( 缓冲 ) 机制续接收端来不不及处理理的数据都放在哪? 发送端缓存接收端缓存 read/write 函数只负责在调用的瞬间把数据读出缓存 / 加入缓存

39 TCP 套接字的 I/O 缓存 ( 缓冲 ) 机制续输入缓存会不不会爆仓? TCP 会控制数据流, 不不允许发生超过输入缓冲大小的数据传输滑动窗口 (Sliding window) 协议,

40 TCP 套接字的 I/O 缓存 ( 缓冲 ) 机制续滑动窗口协议

41 TCP 套接字的 I/O 缓存 ( 缓冲 ) 机制续套接字 A: 你好, 最多可以向我传递 50 字节套接字 B: OK ( 发送小于 50 字节 ) 套接字 A: 我腾出了了 20 字节的空间, 最多可以收 70 字节套接字 B: OK

42 TCP 的 I/O 过程

43 基于 UDP 的 C/S 程序 TCP 与 UDP 的最主要区别可靠性流控制

44 UDP 的内部工作原理理 UDP 的最重要作用就是根据端口号来将数据包交付给应用层程序

45 UDP 的性能之前的比喻 : TCP 是流水线 /UDP 是快递 TCP 是电话 /UDP 是邮件 TCP 比 UDP 快? UDP 是 TCP 的一个上界

46 UDP 的性能续实际上 UDP 并非每次都比 TCP 传输快, 原因可能为收发数据前后进行行的连接设置与清除 UDP 参与者两端为了了保证可靠性而添加的流控制

47 基于 UDP 的 C/S 程序在基于 TCP 的 C/S 程序上理理解 UDP UDP 中服务器器端和客户端没有连接无需经过连接过程 :listen() accept() UDP 程序只有创建套接字的过程和数据交换的过程不不分服务器器端和客户端

48 UDP 服务器器 / 客户端的套接字 TCP UDP 的服务器器端和客户端均只需要一个套接字与 TCP 的门卫模式对比?

49 UDP UDP 为邮筒模式只需要一个套接字即可用来和多个主机通信套接字是被复用的

50 UDP 的 I/O 函数基于 TCP 的传输不不需要每次都指定对方地址信息, 因为连接是保持的,TCP 套接字知道对方地址信息 UDP 每次传输时都要传入目标地址的信息每次写信都要写地址邮筒不不包含目标地址信息

51 ssize_t sendto(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addr_len); buf: 待传输数据缓冲的地址 nbytes: 待传输数据长度 to: 目标地址信息的指针

53 ssize_t recvfrom(int sock, void *buf, size_t nbytes, int flags, struct sockaddr *to, socklen_t addr_len); buf: 待传输数据缓冲的地址 nbytes: 待传输数据长度 to: 目标地址信息的指针

54 基于 UDP 的 C/S 程序 - 代码分析服务器器端 Server

55 Server

56 客户端 Client

57 Client

58 看个栗栗子

59 回顾 : 流套接字通用编程模型服务端 : 套接字的创建绑定套接字到指定的 IP 地址和端口号设置套接字进入监听状态接收连接请求收发数据客户端 : 套接字创建申请建立连接收发数据断开连接关闭套接字关闭套接字

60 Socket ( ) s bi nd( ) s l i st en( ) TCP accept ( ) accept ( ) r ecv( ) / send( ) / cl osesocket ( ) Socket ( ) s Connect ( ) send( ) / r ecv( ) /

61 回顾 : 数据报套接字通用编程模型服务端 : 创建套接字绑定 IP 地址和端口收发数据客户端 : 创建套接字收发数据关闭套接字关闭套接字

63 UDP 传输的 I/O 特性回顾 :TCP 不不存在数据边界,I/O 是基于流的模式 TCP 传输中调用 I/O 函数的次数无意义 UDP 是存在数据边界的调用多少次输入函数则必须调用多少次输出函数来配套

64 其中一端 ( 服务器器端 )

65 另一端 ( 客户端 )

66 TCP 和 UDP 的 bind() 函数问题 bind: 把 IP 和端口信息绑定到本机的 socket bind 的意义 : 告诉操作系统该侦听哪个 IP 和哪个端口 bind 以后, 该 IP 和该端口的消息都会被收到并处理理 bind 的两个功能 : 绑定 IP 绑定端口

67 bind 函数对服务器器端的意义由于服务器器端不不是发起连接的一端, 而是等待客户端来连接因此服务器器需要有一个明显的目标被客户端找到用 bind 来固定服务器器端的 IP 地址和一个端口客户端可以找到

68 bind 之于客户端在 TCP 里里, 客户端的端口号是服务器器端给分配的没有必要 bind 如果 bind 反而只限定了了某端口和服务器器进行行通信在 UDP 里里, 客户端只需知道服务器器端的地址和端口若完全对等通信, 不不分 C/S, 双方都要 bind

69 bind 的简单归纳 : 无论服务器器或客户端 1. 需要在建立连接前就知道端口的话, 需要 bind 2. 需要通过指定的端口来通讯的话, 需要 bind

70 客户端的 IP 地址与端口分配服务器器端, 通过 bind 可以绑定本地服务器器端 socket 的 IP 地址和端口客户端如果指定用于 socket 通信的 IP 地址和端口? TCP 中, 调用 connect 函数的时候, 如果服务器器端运行行 accept 了了, 则自动给客户端分配一个端口号用于通信 UDP 中, 在第一次调用 sendto 函数时分配

71 TCP 半关闭 : 优雅地断开套接字 TCP 中断开连接比建立连接过程更更加关键连接过程一般不不会出现太大问题断开连接的过程可能会较复杂, 涉及到两个防线数据传输的断开调用 close() 函数直接断开 TCP 连接, 显得不不够优雅? close() 直接将所有数据传输都断掉

72 令主机 A 调用 close( 或者 winsock 下的 closesocket) 之后主机 A 无法调用任何发送与接收相关的函数主机 A 不不能再向 B 传送数据, 同时主机 B 可能还有给主机 A 传数据的需求

73 解决方案只关闭一部分 (Half-close) 数据交换中使用的流可以传输数据, 但无法接收, 或, 可以接收数据, 但无法传输半双工?

74 shutdown() 函数 int shutdown(int sock, int howto); 成功时返回 0, 失败时返回 -1 sock 需要断开的套接字文件描述符 (fd) 断开的方式

75 shutdown() 之前提到过, 可以断开一边 ( 传出或传入 ) 通过传递第二个参数 howto 来实现 SHUT_RD: 断开输入流 SHUT_WR: 断开输出流 SHUT_RDWR: 同时断开 I/O 流

76 SHUT_RD 断开输入流, 套接字无法接收数据及时输入缓冲收到数据, 也会被抹去 SHUT_WR 断开输出流, 无法传递数据但是, 若输出缓存还有没发完的数据, 则继续发送 SHUT_RDWR 相当于调用两次 shutdown, 一次参数为 SHUT_RD, 一次参数为 SHUT_WR

77 为何要优雅地断开连接为什什么要有半关闭 (half-close) 因为一方结束传输后另一方可能还需要保持数据传输可以等待足够长的时间等到完成数据交换即可? 但这里里足够长如何把握

78 两个考虑 : 客户端必须等到服务器器端的数据传送完毕才能处理理与回复服务器器端需要等待客户端数据发送完成

79 半关闭和四次挥手之间可能有数据

80 半关闭可能的应用场景尽快释放 socket 资源 : 一端的主机可能运行行多线程程序, 某些线程需要尽快释放 socket 以便便充分利利用网络资源 Socket 的安全 : 多个线程可能潜在地都能访问某个 socket, 若线程不不希望 socket 被访问到, 在操作完后可单方面关闭 socket Socket 传输的查错 : 在大量量数据传输过程中, 如果网络出错导致数据无法发出而传送方不不知道的话, 可以单方面调用 shutdown, 该函数只有在数据都发送完成时才能返回成功值 0

81 半关闭代码分析 - 服务器器端 Server

82 Server

83 Server

84 半关闭代码分析 - 客户端 Client

Chap04

Chap04 Socket 编程介绍 Socket Socket 网络编程按照操作系统 Windows 的 socket 编程 *nix 的 socket 编程按照编程语言使用C++ Java 的 socket 编程使用脚本语言的 socket 编程 Socket 的一些历史 Sockets 本来是 UNIX 操作系统下流行行的一种网络编程接口 (API), 在 4.2 BSD 中被首先引