下表所示, 此时 protocol 参数可使用缺省值 0 ; 但如果还有多个协议供选择, 则必须使用 protocol 参数来标识协议族 ( 仅考虑 IP 协议传送类型 protocol 参数常量协议类型族 ) (/usr/include/linux/in.h) SOCK_STREAM IP

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暂久秋
5 years ago
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1 实验 2 参考资料 Linux/Unix:Socket 函数库 Linux Socket 函数库是从 Berkeley 大学开发的 BSD UNIX 系统中移植过来的 BSD Socket 接口是在众多 Unix 系统中被广泛支持的 TCP/IP 通信接口,Linux 下的 Socket 程序设计, 除了微小的差别之外, 也适用于大多数其它 Unix 系统 Socket 的使用和文件操作比较类似如同文件的读写打开关闭等操作一样,TCP/IP 网络通信同样也有这些操作, 不过它使用的接口不是文件描述符或者 FILE*, 而是一个称做 Socket 的描述符类似于文件操作, 对于 Socket, 也通过读写打开关闭操作来进行网络数据传送同时, 还有一些辅助的函数, 如域名 /IP 地址查询 Socket 功能设置等以下是函数分类介绍 : Socket 操作 : Socket(): 分配 Socket int socket(int domain, int type, int protocol); socket() 函数分配一个 Socket 句柄, 用于指定特定网络下使用特定的协议和数据传送方式进行通信 Socket 接口是不仅仅局限于 TCP/IP 的, 但是由于 TCP/IP 的广泛使用, 它们几乎被完全等同起来了 Socket 句柄分配以后, 如果要开始 TCP 通信, 还需要建立连接根据需要, 可以主动地建立连接 ( 通过 connect()) 和被动地等待对方建立连接 ( 通过 listen()), 在连接建立后才能使用读写操作通过网络连接进行数据交换 domain:domain 参数选择通信中使用的协议族, 也就是网络的类型, 可以是以下之一 : AF_UNIX (UNIX 内部协议 ) AF_INET (ARPA Internet 协议, 也就是 TCP/IP 协议族, 亦即我们实验中所使用的 ) AF_ISO (ISO 协议 ) AF_NS (Xerox Network Systems 协议 ) AF_IMPLINK (IMP "host at IMP" link layer) type : 数据传送的方式, 可以是以下之一 : SOCK_STREAM: 保证顺序的可靠传送的双向字节数据流, 最为常用, 也是 TCP 连接所使用的方式 SOCK_DGRAM: 无连接的不保证可靠的固定长度 ( 通常很小 ) 的消息传送 SOCK_SEQPACKET: 顺序的可靠的双向固定长度的数据包传送, 只用于 AF_NS 类型的网络中 SOCK_RAW: 原始的数据传送, 适用于系统内部专用的网络协议和接口, 和 SOCK_RDM 一样, 只能由超级用户使用 SOCK_RDM: 可靠的数据报传送, 未实现 Protocol:protocol 参数指定通信中使用的协议在给定 Socket 的协议族和传送类型之后, 一般情况下所使用的协议也就固定下来, 如

2 下表所示, 此时 protocol 参数可使用缺省值 0 ; 但如果还有多个协议供选择, 则必须使用 protocol 参数来标识协议族 ( 仅考虑 IP 协议传送类型 protocol 参数常量协议类型族 ) (/usr/include/linux/in.h) SOCK_STREAM IPPROTO_TCP TCP AF_INET SOCK_DGRAM IPPROTO_UDP UDP SOCK_RAW IPPROTO_ICMP ICMP SOCK_RAW IPRROTO_RAW (raw) 正常执行时, 返回 Socket 描述符 ; 否则, 返回 -1, 错误状态在全局变量 errno 中 2.close(): 关闭 Socket #include <unistd.h> int close(int fd); Socket 和文件描述符的关闭操作都是使用这个函数 fd:socket 描述符正常时返回 0,-1 表示出错 bind(): 给 Socket 指定本地地址 int bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen); bind 函数给已经打开的 Socket 指定本地地址这个函数的使用有以下两种情况 : 如果此 Socket 是面向连接的, 而且此 Socket 在连接建立过程中处于被动的地位, 即己方程序使用 listen 函数等待对方建立连接, 对方用 connect 函数来向此 Socket 建立连接, 这种情况下, 必须用 bind 给此 Socket 设定本地地址在己方使用 listen 函数时, 除指定 Socket 描述符之外, 该 Socket 必须已经用 bind 函数设定好了本地地址 ( 包括 IP 地址和端口号 ), 这样, 系统在收到建立连接的网络请求时, 才能根据请求的目的地址, 识别是通向哪个 Socket 的连接, 从而己方才能用此 Socket 接收到发给此 Socket 地址的数据包不指定 Socket 的本地地址, 就无法将此 Socket 用于连接建立和数据接收如果此 Socket 用于无连接的情形, 同样也要求给该 Socket 设定本地地址, 这样, 以后系统从网络中接收到数据后, 才知道该送给哪个 Socket 及其相对应的进程 sockfd:socket 描述符 Addrlen:my_addr 结构的长度 my_addr: 用于侦听连接请求的本地地址 struct sockaddr 是一个通用型的结构, 不仅包含 TCP/IP 协议的情况, 同时也是为了适合于其它网络, 如 AF_NS 由于它的这种通用性, 它

3 只是定义了一个一般意义上的存储空间, 如 /usr/include/linux/socket.h 中所示 : struct sockaddr { unsigned short sa_family; /* address family, AF_xxx */ char sa_data[14]; /* 14 bytes of protocol address */ }; 当使用 TCP/IP 协议 ( 即 Internet 协议 ) 时, 可用如下的 struct 等价地代替 struct sockaddr (/usr/include/linux/in.h): #define SOCK_SIZE 16 /* sizeof(struct sockaddr) */ struct sockaddr_in { short int sin_family; /* Address family */ unsigned short int sin_port; /* Port number */ struct in_addr sin_addr; /* Internet address */ /* Pad to size of `struct sockaddr'. */ unsigned char pad[ SOCK_SIZE - sizeof(short int) - sizeof(unsigned short int) - sizeof(struct in_addr)]; }; 在 Socket 程序中, 等待建立连接一方的准备过程请参见编程实例, 以及 listen() accept() 的说明正常时返回 0, 否则返回 -1, 同时 errno 是系统错误码 listen(): 准备接受连接请求 int listen(int s, int backlog); 在用 bind() 给一个 Socket 设定本地地址之后, 就可以将这个 Socket 用于接受连接请求, 即 listen() 调用 listen() 之后, 系统将给此 Socket 配备一个连接请求的队列, 暂存系统接收到的申请向此 Socket 建立连接的请求, 等待用户程序用 accept() 正式接受该请求队列长度, 就由 backlog 参数指定如下面的简图所示 : 通信己方 Me 通信对方 Socket_Me Peer Sockets 接求存列连请暂队 [0]<-- 连接建立请求 1 <-- connect() Socket_peer_1 [1]<-- 连接建立请求 2 <-- connect() Socket_peer_2 [backlog-1]<-- 连接建立请求 n <-- connect() Socket_peer_n 如果短时间内向己方建立连接的请求过多, 己方来不及处理, 那么排在 backlog 之后的请求将被系统拒绝因此,backlog 参数实际上规定了己方程序能够容许的连接建立处理速度至于己方程序使用此 Socket( 及其指定的本地地址 ) 实际建立连接的个数, 由己方程序

4 调用 accept() 的次数来决定, 参见 accept() 的说明 s:socket 描述符 Backlog: 连接请求暂存队列长度正常时返回 0; 否则返回 -1, 同时 errno 是系统错误码 accept: 接受指定 Socket 上的连接请求 int accept(int s, struct sockaddr *addr, int *addrlen); 在调用 listen() 之后, 系统就在 Socket 的连接请求暂存队列里存放每一个向该 Socket( 及其本地地址 ) 建立的连接请求 accept() 函数的作用就是, 从该暂存队列中取出一个连接请求, 用该 Socket 的数据, 创建一个新的 Socket:Socket_New, 并为它分配一个文件描述符 Socket_New 即标识了此次建立的连接, 可被己方用来向连接的另一方发送和接收数据 (write/read,send/recv) 同时, 原 Socket 仍然保持打开状态不变, 继续用于等待网络连接请求如果该 Socket 的暂存队列中没有待处理的连接请求, 根据 Socket 的特征选项 ( 是否 non_blocking),accept() 函数将选择两种方式 : 如果该 Socket 不是 non_blocking 型的,accept() 将一直等待, 直到收到一个连接请求后才返回 ; 如果该 Socket 是 non_blocking 型的, 那么 accept() 将立即返回, 但如果没有连接请求, 只返回错误信息, 不创建新的 Socket_New accept() 返回后, 如果创建了新的 Socket_New 来标识新建立的连接, 那么参数 addr 指定的结构里面将会有对方的地址信息,addrlen 是地址信息的长度关于 accept() 的进一步信息, 如 : 如何检测某 Socket 有无待处理的连接请求如何在使用 accept() 接受连接请求之前先获取连接对方的地址如何根据获取的对方地址信息拒绝该连接请求等, 请参阅 Linux manual, 此处不再累述 s:socket 描述符 addr :accept() 接受连接后, 在 addr 指向的结构中存放对方的地址信息如果是 AF_INET Socket, 该地址信息就是对方的 IP 地址和端口号 addrlen: 在调用 accept() 之前,*addrlen 必须被设置为 addr 数据结构的合法长度在 accept() 返回之后,*addrlen 中是对方地址信息的长度如果正常创建了一个新的连接, 那么返回非负的整数 : 即新连接的 Socket 描述符 ( 注意, 用于等待连接请求的原 Socket 保持打开状态不变, 可用于接收新的连接请求 ); 否则, 返回 -1,errno 是系统错误码 connect: 建立连接

5 int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen ); 前面提到的函数, 如 bind listen connect 等, 都是用于被动地等待对方建立连接时需要使用的, 而 connect() 函数, 则是主动地向对方建立连接时使用的 connect() 使用一个事先打开的 Socket, 和目的方 ( 即通信对方, 或称服务器一方 ) 地址信息, 向对方发出连接建立请求一个完整的 Socket 通信发起过程可简单地图示为 : 方 ) 主动发起方 ( 客户被动接受方 ( 服务方 ) listen(sock_w); 等待连接建立请求 connect(sock_s) { 发送连接建立请求 > - - < sock_d = accept(); 接受连接建立请求发送应答收到连接建立应答 } 此时, 在 sock_s 和 sock_d 之间, 一个连接就建立完毕如果是 SOCK_STREAM 型的 Socket, 通常只用 connect() 建立一个正常的连接但如果是 SOCK_DGRAM 型的 Socket,connect() 函数并不象上图中那样向目的方发出连接建立请求, 而只是简单地用给出的地址设置该 Socket 的目的地址, 以后该 Socket 的无连接数据报就发往该目的地址因此, 对于 SOCK_DGRAM 型的 Socket, 可以多次调用 connect() 来改变该 Socket 的目的地址 SOCK_DGRAM 型的 Socket 与本实验关系不大, 故不再详述 sockfd:socket 描述符 serv_addr : 通信目的方的地址其格式参见 bind() 的说明 Addrlen: 目的地址长度连接正常建立时返回 0; 否则, 返回 -1, 系统错误码在 errno 中 send/recv: 用 Socket 发送和接收数据

6 int send(int s, const void *msg, int len, unsigned int flags); int sendto(int s, const void *msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr *to, int tolen); int recv(int s, void *buf, int len, unsigned int flags); int recvfrom(int s, void *buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr *from, int *fromlen); 在连接建立完成后, 通信双方就可以使用以上这些函数来进行数据的发送和接收操作其中,send 和 recv 用于连接建立以后的发送和接收 ;sendto 和 recvfrom 用于非连接的协议对于非 non_blocking 型的 Socket,send 将等待数据发送完后才返回 ; 对于 non_blocking 型的 Socket,send 将立即返回, 用户程序需要用 select() 函数决定网络发送是否结束类似地, 对于非 non_blocking 型的 Socket, 若系统没有收到任何数据,recv 将等待接收数据到达后才返回 ; 对于 non_blocking 型的 Socket,recv 将立即返回, 并返回错误信息或者接收到的数据字节数 sendto 和 recvfrom 因为是非连接型的发送和接收, 必须在参数中给出目的地址或者存放源地址的空间 s:socket 描述符 ; msg, buf: 存放接收或者发送数据的存储空间 ; len: 接收或者发送数据的字节数 ; to,from:sendto 和 recvfrom 所使用的, 目的方地址和存放源地址的空间 ; tolen,fromlen: 目的地址和源地址空间大小 flag: 通常设为 0, 详细说明请参见 Linux Manual send/sendto 返回实际发送的数据字节数, 或者 -1, 表示出错 ; recv/recvfrom 返回实际接收到的数据字节数, 或者 -1, 表示出错 read/write: 用系统文件操作进行 Socket 通信 #include <unistd.h> ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count); ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); 在连接建立完成后, 对于连接建立过程中被动的一方, 在 accept() 正常返回后, 它返回一个新的 Socket, 并且为该 Socket 分配了一个文件描述符 ; 对于连接请求发起方,connect() 正常返回后, 相应的 Socket 中也包含有已分配的文件描述符因此, 可以使用标准的 Unix 文件读写函数 read()/write() 来进行 Socket 通信要注意的是, 由于网络数据和磁盘文件不一样, 不是已经准备好的, 因此, 每次读写操作不一定能传送完指定长度的数据, 需要由程序反复进行剩余部分的传送另外, 文件描述符是较底层的文件操作参数, 不同于 C 语言中常用的 FILE* FILE* 是使用 fread/fwrite 函数来进行读写操作的

7 fd: 文件或者 Socket 描述符 buf: 数据缓冲区 count: 数据字节数正常时, 返回所读写的字节数 ( 注意, 可能小于 count 参数指定的数目 ); 否则, 返回 -1,errno 是系统错误码 getsockopt/setsockopt: 获取设置 Socket 特征选项 int getsockopt(int s, int level, int optname, void *optval, int *optlen); int setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, int optlen); 由于在普通的 Socket 编程中很少涉及这些选项, 在这里不作介绍 non_blocking 特性 : 由于前面多处提到 non_blocking 特性, 这里介绍一下如何设置这种特性在这里, 我们又可以看到 Socket 和文件描述符在 Unix 系统中的相似性实际上 non_blocking 特性也是通过 Unix 文件操作函数来设置的 : #include <unistd.h> #include <fcntl.h> fcntl(socket, F_SETFL, O_NONBLOCK); 数据格式转换 #include <netinet/in.h> unsigned long int htonl(unsigned long int hostlong); unsigned short int htons(unsigned short int hostshort); unsigned long int ntohl(unsigned long int netlong); unsigned short int ntohs(unsigned short int netshort); 数据格式转换函数提供和硬件平台无关的主机数据字节顺序和网络字节顺序之间的转换由于各种平台 CPU 结构的不同, 在不同的硬件平台下, 主机的字节顺序有两种情况 : Intel 80x86 和 SUN Sparc CPU 的低位在前格式和 Motorola CPU(68000 PowerPC) 等的高位在前格式网络数据交换要求网络中所有的 int 型数据都有统一的字节顺序 : 高位在前格式, 因此在 Socket 函数库中提供了以上统一的字节顺序转换函数在 Socket 程序中使用的地址数据, 如端口号等, 都必须遵循这样统一的字节顺序因此, 在本实验的例子程序中, 在 bind() 函数 connect() 函数等涉及 struct sockaddr_in 地址数据的场合, 都可以看到以上转换函数的使用, 以加强源程序的可移植性主机名字 / 地址数据查询为配合 DNS 的使用, 尽量方便 Internet 主机名字的记忆, 避免使用烦琐的数字式 IP 地址,Socket 函数库提供了方便的主机名字查询函数

8 struct hostent struct hostent 是一个关于主机地址信息的数据结构, 其中包含从 DNS 服务器得到的比较全面的主机信息 gethostbyname() 和 gethostbyaddr() 都返回这样的数据结构实际使用时, 可用此结构中的地址信息来设置 bind() 和 connect() 函数参数中的 struct sockaddr_in 中的地址, 以支持 DNS 名字的使用参见本实验的具体示例 #include <netdb.h> struct hostent { char *h_name; /* official name of host */ char **h_aliases; /* alias list */ int h_addrtype; /* host address type */ int h_length; /* length of address */ char **h_addr_list; /* list of addresses from name server */ }; #define h_addr h_addr_list[0] /* address, for backward compatibility */ 这其中最常用的是 h_addr, 即主机的缺省地址 ( 因为该主机名字可能对应多个地址 ) gethostbyname #include <netdb.h> struct hostent *gethostbyname(char *name); 根据 DNS 名字, 查找主机地址信息 name 可以是 DNS 名字, 如也可以是 IP 地址串 : gethostbyaddr #include <netdb.h> struct hostent *gethostbyaddr(char *addr; int len, int type); 根据 IP 地址查找主机地址信息 addr 是整数格式的 IP 地址指针, 如 :unsigned char addr[4] ={202,38,64,2}, 在 Internet 协议中,len 必须为 4,type 必须为 AF_INET 要注意的是 : 如果只知道主机的 IP 地址, 而且 DNS 服务器中没有登记该主机, 用 gethostbyname 总能得到适当的主机地址信息, 它只需要简单地将 ASCII 形式的 IP 地址转换为二进制格式但如果使用 gethostbyaddr, 却得不到所需要的地址信息, 因为此函数完全依靠 DNS 服务器进行 IP 到 DNS 名字的转换, 不作其它的处理

ebook35-21

ebook35-21 21 Linux L i n u x 211 U N I X U N I X I / O F I F O U N I X I n t e r n e t s o c k e t () s o c k e t () send() r e c v ( read() w r i t e () send() r e c v () I n t e r n e t 212 Internet Internet S

下表所示, 此时 protocol 参数可使用缺省值 0 ; 但如果还有多个协议供选择, 则必须使用 protocol 参数来标识 协议族 ( 仅考虑 IP 协议 传送类型 protocol 参数常量 协议类型 族 ) (/usr/include/linux/in.h) SOCK_STREAM IP

下表所示, 此时 protocol 参数可使用缺省值 0 ; 但如果还有多个协议供选择, 则必须使用 protocol 参数来标识协议族 ( 仅考虑 IP 协议传送类型 protocol 参数常量协议类型族 ) (/usr/include/linux/in.h) SOCK_STREAM IP