《互联网原理和应用》实验大纲和指导书2011(2)

2019-08-17 13:28

数据报式套接字(SOCK_DGRAM)

提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送,不提供无错保证,数据可能丢失或重复,并且接收顺序混乱。网络文件系统(NFS)使用数据报式套接字。

原始式套接字(SOCK_RAW)

该接口允许对较低层协议,如IP、ICMP直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。

(d) 基本套接字系统调用

为了更好地说明套接字编程原理,下面给出几个基本套接字系统调用说明。 (1) 创建套接字──socket()

应用程序在使用套接字前,首先必须拥有一个套接字,系统调用socket()向应用程序提供创建套接字的手段,其调用格式如下:

SOCKET socket(int af, int type, int protocol);

该调用要接收三个参数:af、type、protocol。参数af指定通信发生的区域,UNIX系统支持的地址族有:AF_UNIX、AF_INET、AF_NS等,而DOS、WINDOWS中仅支持AF_INET,它是网际网区域。因此,地址族与协议族相同。参数type 描述要建立的套接字的类型。参数protocol说明该套接字使用的特定协议,如果调用者不希望特别指定使用的协议,则置为0,使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字,并将相应的资源分配给它,同时返回一个整型套接字号。因此,socket()系统调用实际上指定了相关五元组中的“协议”这一元

(2) 指定本地地址──bind()

当一个套接字用socket()创建后,存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind()将套接字地址(包括本地主机地址和本地端口地址)与所创建的套接字号联系起来,即将名字赋予套接字,以指定本地半相关。其调用格式如下:

int bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);

参数s是由socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数name 是赋给套接字s的本地地址(名字),其长度可变,结构随通信域的不同而不同。namelen表明了name的长度。

如果没有错误发生,bind()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。

地址在建立套接字通信过程中起着重要作用,作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必须有明确认识。

(3) 建立套接字连接──connect()与accept()

这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立,其中connect()用于建立连接。无连接的套接字进程也可以调用connect(),但这时在进程之间没有实际的报文交换,调用将从本地操作系统直接返回。这样做的优点是程序员不必为每一数据指定目的地址,而且如果收到的一个数据报,其目的端口未与任何套接字建立“连接”,便能判断该端口不可操作。而accept()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。

connect()的调用格式如下:

int connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen); 参数s是欲建立连接的本地套接字描述符。参数name指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由namelen说明。

如果没有错误发生,connect()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中,该调用导致本地系统和外部系统之间连接实际建立。

由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中,并通过socket()调用与某个协议族相关。因此bind()和connect()无须协议作为参数。

accept()的调用格式如下:

SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);

参数s为本地套接字描述符,在用做accept()调用的参数前应该先调用过listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针,用来接收连接实体的地址。addr的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度(字节数)。如果没有错误发生,accept()返回一个SOCKET类型的值,表示接收到的套接字的描述符。否则返回值INVALID_SOCKET。

accept()用于面向连接服务器。参数addr和addrlen存放客户方的地址信息。调用前,参数addr 指向一个初始值为空的地址结构,而addrlen 的初始值为0;调用accept()后,服务器等待从编号为s的套接字上接受客户连接请求,而连接请求是由客户方的connect()调用发出的。当有连接请求到达时,accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入addr 和addrlen,并创建一个与s有相同特性的新套接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。

四个套接字系统调用,socket()、bind()、connect()、accept(),可以完成一个完全五元相关的建立。socket()指定五元组中的协议元,它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元,即本地主机地址和端口号,其用法与是否面向连接有关:在服务器方,无论是否面向连接,均要调用bind();在客户方,若采用面向连接,则可以不调用bind(),而通过connect()自动完成。若采用无连接,客户方必须使用bind()以获得一个唯一的地址。

以上讨论仅对客户/服务器模式而言,实际上套接字的使用是非常灵活的,唯一需遵循的原则是进程通信之前,必须建立完整的相关。

(4) 监听连接──listen()

此调用用于面向连接服务器,表明它愿意接收连接。listen()需在accept()之前调用,其调用格式如下:

int listen(SOCKET s, int backlog); 参数s标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号,服务器愿意从它上面接收请求。backlog表示请求连接队列的最大长度,用于限制排队请求的个数,目前允许的最大值为5。如果没有错误发生,listen()返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

listen()在执行调用过程中可为没有调用过bind()的套接字s完成所必须的连接,并建立长度为backlog的请求连接队列。

调用listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用socket()分配一个流套接字,且调用bind()给s赋于一个名字之后调用,而且一定要在accept()之前调用。

(5) 数据传输──send()与recv()

当一个连接建立以后,就可以传输数据了。常用的系统调用有send()和recv()。

send()调用用于在参数s指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据,格式如下: int send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);

参数s为已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针,其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式,如是否发送带外数据等。如果没有错误发生,send()返回总共发送的字节数。否则它返回SOCKET_ERROR。

recv()调用用于在参数s指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据,格式如下: int recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);

参数s 为已连接的套接字描述符。buf指向接收输入数据缓冲区的指针,其长度由len 指定。flags 指定传输控制方式,如是否接收带外数据等。如果没有错误发生,recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭,返回0。否则它返回SOCKET_ERROR。

(6) 输入/输出多路复用──select()

select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说,这个调用可以请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个fd_set结构指示。在返回时,此结构被更新,以反映那些满足特定条件的套接字的子集,同时, select()调用返回满足条件的

套接字的数目,其调用格式如下:

int select(int nfds, fd_set FAR * readfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);

参数nfds指明被检查的套接字描述符的值域,此变量一般被忽略。

参数readfds指向要做读检测的套接字描述符集合的指针,调用者希望从中读取数据。参数writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout指向select()函数等待的最大时间,如果设为NULL则为阻塞操作。select()返回包含在fd_set结构中已准备好的套接字描述符的总数目,或者是发生错误则返回SOCKET_ERROR。

(7) 关闭套接字──closesocket()

closesocket()关闭套接字s,并释放分配给该套接字的资源;如果s涉及一个打开的TCP连接,则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下:

BOOL closesocket(SOCKET s);

参数s待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生,closesocket()返回0。否则返回值SOCKET_ERROR。

2、用于无连接协议(如UDP)的SOCKET系统调用流程框图:

服务员 Socket() 客户 Socket() Bind() recvfrom() bind() 等待来自客户的数据 数据(请数据处理 sendto() 数据(回sendto() recvfrom() 3、面向连接协议(如TCP)的SOCKET系统调用流程框图:

Socket() 服务员 Bind() Listen() 客户 Socket() accept() 等待来自客户的连接请求 建立连接 connect() 数据(请求) recv() send() 数据处理 数据(回答) send() recv() 4、其他原理请参考教材。

【实验步骤】

使用UDP协议的无连接客户-服务员程序设计。

根据实验原理中介绍的内容,设计一个无连接的客户-服务员系统,实现二者之间的数据传递。下面是一个简单的UDP客户-服务员程序的实例,作为参考。

说明:下述服务员程序保存在服务器端,可以直接从服务器拷贝,并稍作修改(如服务员IP地址)后在本地进行编译连接并运行。

数据采集器的红色按钮要求按出来,使监控机捕获到局域网的数据。 #include #include

#define SERV_UDP_PORT 6000 /*服务员进程端口号,视具体情况而定*/ #define SERV_HOST_ADDR \服务员地址,视具体情况而定*/ /* 宏定义用来打印错误消息*/ #define PRINTERROR(s) \\

fprintf(stderr,\

//////////////////////////////////////////////////////////// //数据报通信的服务员端子程序 //

////////////////////////////////////////////////////////////

void DatagramServer(short nPort) {

SOCKET theSocket;

/*创建一个数据报类型的socket*/

theSocket = socket(AF_INET, // 地址族 SOCK_DGRAM, // socket类型 IPPROTO_UDP);// 协议类型:UDP

/*错误处理*/

if (theSocket == INVALID_SOCKET) {

PRINTERROR(\ return; }

/*填写服务员地址结构*/

SOCKADDR_IN saServer;

saServer.sin_family = AF_INET;

saServer.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; // 由WinSock指定地址 saServer.sin_port = htons(nPort); // 服务员进程端口号 /* 将服务员地址与已创建的socket绑定*/

int nRet;

nRet = bind(theSocket, // Socket 描述符 (LPSOCKADDR)&saServer, // 服务员地址 sizeof(struct sockaddr) //地址长度 );

/*错误处理*/

if (nRet == SOCKET_ERROR) {

PRINTERROR(\ closesocket(theSocket); return; }


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