<计算机网络自顶向下> TCPUDP套接字编程

应用实现:源端的应用进程交换报文实现应用协议,来实现各种各样的网络应用(dash,email,  etc)

而应用层通信不可以直接通信,需要借助下层的服务才可以进行,通过层间接口交给下层,通过下层的服务传输

传输层在TCP/IP提供的就是socket API服务,传输报文之前建立socket,借助于socket收发,使用完成了以后关掉(socket就像一个门,接和收都一样)

两种socket类型:

  • TCP:可靠的,字节流/管道(报文之间没有边界)服务
  • UDP:不可靠(数据UDP数据包)服务

TCP套接字编程 

  • 服务器首先运行,等待连接建立

1. 创建欢迎socket:目的是返回一个整数(这个整数就是welcome soket,但没什么具体含义)

2. 将这个创建的整数和本地端口捆绑

3. 在欢迎socket上阻塞式等待接受用户的连接 (调用accept函数,如果没连接就阻塞,反之接受连接)

总的来说:创建——捆绑——等待

  •  客户端主动和服务器建立连接

    1. 创建客户端本地套接字(隐式捆绑到本地端口,就是默认与当前没用的端口捆绑)

    2. 调用connect阻塞连接指定服务器进程的IP地址和端口号

  •  当与客户端连接请求到来时
    1. 服务器接受来自用户端的请求,解除阻塞式等待,返回一个新的sockket值(同时与服务端和客户端捆绑,这个是connection socket)
  •  连接API调用有效时,客户端与服务器建立了TCP链接

  数据结构 sockaddr_in

  • 作用:指定网络操作的目标地址(设置网络进程和端口号)
  • 不仅仅可以用于IP通信,还可以用于IPX通信。所以要给一个常量说明使用在哪个通信的
  • IP地址和port捆绑关系的数据结构(标示进程的端节点)
  • 这个结构体用于存储 IP 地址。它包含了一个地址族(通常是 AF_INET,表示 IPv4),一个端口号和一个 IP 地址。当你创建一个套接字并想要连接到一个特定的 IP 地址和端口号时,你需要设置一个 struct sockaddr_in 结构体,并将它传递给 connect 或 bind 函数
//IP地址和port捆绑关系的数据结构(标示进程的端节点)
struct sockaddr_in{short sin_family;    //AF_INET u_short sin_port;   // portstruct in_addrsin_addr; 
//  IP address, unsigned longchar sin_zero[8]; // align}; 

数据结构 host_ent

  • 作用:获取主机信息(IP地址)
  • 更清晰的表述:struct hostent:这个结构体用于存储主机的信息,如主机名、别名、地址类型、地址长度和地址列表。当你调用 gethostbyname 函数时,它会返回一个指向 struct hostent 类型的指针。这个结构体包含了你所查询的主机的信息。例如,如果你查询的是一个域名,那么 gethostbyname 函数会返回这个域名对应的 IP 地址
  • 包括
    • *h_name:主机域名的指针
    • **h_aliases:主机的一系列别名,二级指针
    • h_length:地址长度
    • 第四个是IP地址的列表,二级指针
      //域名和IP地址的数据结构
      struct hostent{ char *h_name; 
      char **h_aliases; 
      int h_addrtype; 
      int h_length; /*地址长度*/ 
      char **h_addr_list; 
      #define h_addr h_addr_list[0];} 
      //作为调用域名解析函数时的参数
      //返回后,将IP地址拷贝到sockaddr_in的IP地址部分

C/S socket交互:TCP

代码示例

  • 客户端

也就是说这个sockaddr实际存储的是即将连接的服务器信息以及联机方式,而gethostbyname实际上是提供映射函数,只要输出服务器端口号就可以得到一个hostent指针然后用箭头函数得出需要的信息比如IP地址等等然后copy到socketaddr。

注意!这里socket是隐式的绑定了本地可用端口,没有显示调用bind函数

/*client.c*/ 
void main(int argc, char *argv[]){ 
struct sockaddr_in sad; /* structure to hold an IP address of server */ //定义一个套接字,用于与服务器通信
int clientSocket; /* socket descriptor */ //定义一个主机信息结构体指针,用于存储主机的信息
struct hostent* ptrh; /* pointer to a host table entry  */ //定义一个字符数组,用于存储要发送给服务器的消息
char Sentence[128]; //定义一个字符数组,用于存储从服务器接收的消息
char modifiedSentence[128]; // argv[0]是执行的程序的名字; atoi转化为整型
host = argv[1]; port = atoi(argv[2]);/*创建socket,参数指明internet地址族,PF_INET:这是第一个参数,表示协议族(Protocol             Family)或地址族(Address Family)。PF_INET 表示使用 IPv4 网络协议。SOCK_STREAM:这是第二个参数,表示套接字类型(Socket Type)。SOCK_STREAM 表示使用面向连接的 TCP 协议。0:这是第三个参数,表示使用默认的协议。对于 SOCK_STREAM 类型的套接字,默认的协议就是 TCP。*/
clientSocket= socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
//从下一行开始,所有缩进的代码都是为了创建连接socket然后和服务器连接//之前有一个sad变量,sad是个结构体变量,分配给内存,先清零//这是因为新声明的变量在内存中可能会有一些旧的、无用的数据,这可能会干扰我们后续的操作memset((char *)&sad,0,sizeof(sad)); /* clear sockaddr structure */ //对sad赋值Internet地址族sad.sin_family= AF_INET; /* set family to Internet */ //将port强制转化为无符号短整型/*htons 是一个在网络编程中常用的函数,全称是 “host to network short”。这个函数的作用是                        将一个16位的数从主机字节序转换为网络字节序。在网络通信中,为了保证数据的正确传输,我们需要统一数据的字节顺序。网络字节序通常是大端字节                序(Big-Endian),也就是最重要的字节(Most Significant Byte,MSB)存储在内存的最低地址        处。主机字节序则取决于你的机器,有的机器是大端字节序,有的机器是小端字节序(Least         Significant Byte,LSB,存储在内存的最低地址处)。因此,在发送数据之前,我们通常会使用         htons 函数将数据从主机字节序转换为网络字节序。例如,如果你的机器是小端字节序,那么一个16位的数 0x1234 在内存中的存储顺序是 34 12。使用 htons 函数后,这个数在内存中的存储顺序就会变为 12 34,符合网络字节序。总的来说,htons 函数的作用就是确保数据在网络上传输时,不同的机器能够正确地解析数据*/sad.sin_port= htons((u_short)port);/*host主机域名。ptrh为结构体指针,gethostbyname就是调用解析器 获取主机的信息,包括主机的IP地址在这段代码中,ptrh 是一个指向 struct hostent 类型的指针。struct hostent 是一个结构            体,它包含了主机的信息,如主机名、别名、地址类型、地址长度和地址列表*/ptrh= gethostbyname(host); /* 将主机的IP地址复制到服务器地址结构体的 sin_addr 字段 */memcpy(&sad.sin_addr, ptrh->h_addr, ptrh->h_length); //将IP地址拷贝到sad.sin_addrconnect(clientSocket, (structsockaddr*)&sad, sizeof(sad));//从用户处得到输入流
gets(Sentence);//发送给服务器用户先前输入的东西
n=write(clientSocket, Sentence, strlen(Sentence)+1); //读取服务器端发过来的转换完毕的字符
n=read(clientSocket, modifiedSentence, sizeof(modifiedSentence));
printf("FROM SERVER: %s\n",modifiedSentence); //关闭连接
close(clientSocket); 
}
  • 服务器

/* server.c  */
// argc参数数量, argv里面的内容是服务器端守候的端口号,只有一个参数void main(int argc, char *argv[]){ 
//sad是作为服务器本地的端节点结构体变量,cad放的是client的端节点的结构体变量
struct sockaddr_in sad; /* structure to hold an IP address  of server*/ 
struct sockaddr_in cad; /*client  */
//welcome socket仅仅有自己的端口号,和对方的无关
int welcomeSocket, connectionSocket; /* socket descriptor */ 
struct hostent *ptrh; /* pointer to a host table entry */ 
//存储客户端发来的信息
char clientSentence[128]; 
//处理客户端发过来的东西后的结果
char capitalizedSentence[128]; 
//端口号
port = atoi(argv[1]);
//建立并bind welcome_socket
welcomeSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);   memset((char *)&sad,0,sizeof(sad)); /* clear sockaddr structure */ sad.sin_family = AF_INET; /* set family to Internet */ //INADDR_ANY代表本地任何一个IP地址sad.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* set the local IP address */ //格式转化(同客户端)sad.sin_port = htons((u_short)port);/* set the port number */ 
bind(welcomeSocket, (struct sockaddr *)&sad, sizeof(sad));
/* Specify the maximum number of clients that can be queued *///在服务的时候又来了请求,然后这些请求放在这个长度为10的队列,如果超过队列就拒绝listen(welcomeSocket, 10)//服务器进入无限循环,不断接收和处理客户端的连接请求while(1) { //等待用户连接建立请求connectionSocket=accept(welcomeSocket, (structsockaddr*)&cad, &alen);//读取并写入发过来的东西n=read(connectionSocket, clientSentence, sizeof(clientSentence));/* capitalize Sentence and store the result in capitalizedSentence*/n=write(connectionSocket, capitalizedSentence, strlen(capitalizedSentence)+1); close(connectionSocket);  } 
}

UDP套接字编程  

  • 没有握手
  • UDP socket仅仅和本地的IP和端口相关,发送端需要在发送的时候显式的指定对方的IP地址和端口
  • 服务器必须从收到的分组中提取出发送端的IP地址和端口号
  • 传送的数据可能乱序,也可能丢失
  • 无连接的数据单元也叫数据报,所以没办法通过“数据报”这个名字判断TCP还是UDP
     

 C/S交互:UDP

  • recvfrom阻塞,知道对方发来消息

代码示例

  • 客户端

     /* client.c  */void main(int argc, char *argv[])
    { 
    struct sockaddr_in sad; /* structure to hold an IP address */ 
    int clientSocket; /* socket descriptor */ 
    struct hostent *ptrh; /* pointer to a host table entry */ 
    char Sentence[128]; 
    char modifiedSentence[128]; 
    host = argv[1]; port = atoi(argv[2]);
    clientSocket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0); 
    /* determine the server's address */
    memset((char *)&sad,0,sizeof(sad)); /* clear sockaddr structure */ 
    sad.sin_family = AF_INET; /* set family to Internet */ 
    sad.sin_port = htons((u_short)port); 
    ptrh = gethostbyname(host);/* Convert host name to IP address */
    memcpy(&sad.sin_addr, ptrh->h_addr, ptrh->h_length);  
    gets(Sentence);
    addr_len =sizeof(struct sockaddr); 
    n=sendto(clientSocket, Sentence, strlen(Sentence)+1,
    (struct sockaddr *) &sad, addr_len); 
    n=recvfrom(clientSocket, modifiedSentence, sizeof(modifiedSentence),
    (struct sockaddr *) &sad, &addr_len);
    printf("FROM SERVER: %s\n",modifiedSentence); 
    close(clientSocket);  
    }
  • 服务器

     /* server.c  */void main(int argc, char *argv[]){ 
    struct sockaddr_in sad; /* structure to hold an IP address */ 
    struct sockaddr_in cad;
    int serverSocket; /* socket descriptor */ 
    struct hostent *ptrh; /* pointer to a host table entry */ 
    char clientSentence[128]; 
    char capitalizedSentence[128]; 
    port = atoi(argv[1]);
    serverSocket = socket(PF_INET, SOCK_DGRAM, 0);   
    memset((char *)&sad,0,sizeof(sad)); /* clear sockaddr structure */ 
    sad.sin_family = AF_INET; /* set family to Internet */ 
    sad.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* set the local IP address */ 
    sad.sin_port = htons((u_short)port);/* set the port number */ 
    bind(serverSocket, (struct sockaddr *)&sad, sizeof(sad));
    while(1) { n=recvfrom(serverSocket, clientSentence, sizeof(clientSentence), 0(struct sockaddr *) &cad, &addr_len );/* capitalize Sentence and store the result in capitalizedSentence*/n=sendto(serverSocket , capitalizedSentence, strlen(capitalizedSentence)+1,(struct sockaddr *) &cad, &addr_len); } 
    }

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