c语言SOCKET编程指南.docx
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c语言SOCKET编程指南
介绍
Socket编程让你沮丧吗?
从manpages中很难得到有用的信息吗?
你想跟上时代去编Internet相关的程序,但是为你在调用connect()前的bind()的结构而不知所措?
等等…
好在我已经将这些事完成了,我将和所有人共享我的知识了。
如果你了解C语言并想穿过网络编程的沼泽,那么你来对地方了。
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读者对象
这个文档是一个指南,而不是参考书。
如果你刚开始socket编程并想找一本入门书,那么你是我的读者。
但这不是一本完全的socket编程书。
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平台和编译器
这篇文档中的大多数代码都在Linux平台PC上用GNU的gcc成功编译过。
而且它们在HPUX平台上用gcc也成功编译过。
但是注意,并不是每个代码片段都独立测试过。
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目录:
1)什么是套接字?
2)Internet套接字的两种类型
3)网络理论
4)结构体
5)本机转换
6)IP地址和如何处理它们
7)socket()函数
8)bind()函数
9)connect()函数
10)listen()函数
11)accept()函数
12)send()和recv()函数
13)sendto()和recvfrom()函数
14)close()和shutdown()函数
15)getpeername()函数
16)gethostname()函数
17)域名服务(DNS)
18)客户-服务器背景知识
19)简单的服务器
20)简单的客户端
21)数据报套接字Socket
22)阻塞
23)select()--多路同步I/O
24)参考资料
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什么是socket?
你经常听到人们谈论着“socket”,或许你还不知道它的确切含义。
现在让我告诉你:
它是使用标准Unix文件描述符(filedescriptor)和其它程序通讯的方式。
什么?
你也许听到一些Unix高手(hacker)这样说过:
“呀,Unix中的一切就是文件!
”那个家伙也许正在说到一个事实:
Unix程序在执行任何形式的I/O的时候,程序是在读或者写一个文件描述符。
一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数。
但是(注意后面的话),这个文件可能是一个网络连接,FIFO,管道,终端,磁盘上的文件或者什么其它的东西。
Unix中所有的东西就是文件!
所以,你想和Internet上别的程序通讯的时候,你将要使用到文件描述符。
你必须理解刚才的话。
现在你脑海中或许冒出这样的念头:
“那么我从哪里得到网络通讯的文件描述符呢?
”,这个问题无论如何我都要回答:
你利用系统调用socket(),它返回套接字描述符(socketdescriptor),然后你再通过它来进行send()和recv()调用。
“但是...”,你可能有很大的疑惑,“如果它是个文件描述符,那么为什么不用一般调用read()和write()来进行套接字通讯?
”简单的答案是:
“你可以使用!
”。
详细的答案是:
“你可以,但是使用send()和recv()让你更好的控制数据传输。
”存在这样一个情况:
在我们的世界上,有很多种套接字。
有DARPAInternet地址(Internet套接字),本地节点的路径名(Unix套接字),CCITTX.25地址(你可以将X.25套接字完全忽略)。
也许在你的Unix机器上还有其它的。
我们在这里只讲第一种:
Internet套接字。
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Internet套接字的两种类型
什么意思?
有两种类型的Internet套接字?
是的。
不,我在撒谎。
其实还有很多,但是我可不想吓着你。
我们这里只讲两种。
除了这些,我打算另外介绍的"RawSockets"也是非常强大的,很值得查阅。
那么这两种类型是什么呢?
一种是"StreamSockets"(流格式),另外一种是"DatagramSockets"(数据包格式)。
我们以后谈到它们的时候也会用到"SOCK_STREAM"和"SOCK_DGRAM"。
数据报套接字有时也叫“无连接套接字”(如果你确实要连接的时候可以用connect()。
)流式套接字是可靠的双向通讯的数据流。
如果你向套接字按顺序输出“1,2”,那么它们将按顺序“1,2”到达另一边。
它们是无错误的传递的,有自己的错误控制,在此不讨论。
有什么在使用流式套接字?
你可能听说过telnet,不是吗?
它就使用流式套接字。
你需要你所输入的字符按顺序到达,不是吗?
同样,WWW浏览器使用的HTTP协议也使用它们来下载页面。
实际上,当你通过端口80telnet到一个WWW站点,然后输入“GETpagename”的时候,你也可以得到HTML的内容。
为什么流式套接字可以达到高质量的数据传输?
这是因为它使用了“传输控制协议(TheTransmissionControlProtocol)”,也叫“TCP”(请参考RFC-793获得详细资料。
)TCP控制你的数据按顺序到达并且没有错
误。
你也许听到“TCP”是因为听到过“TCP/IP”。
这里的IP是指“Internet协议”(请参考RFC-791。
)IP只是处理Internet路由而已。
那么数据报套接字呢?
为什么它叫无连接呢?
为什么它是不可靠的呢?
有这样的一些事实:
如果你发送一个数据报,它可能会到达,它可能次序颠倒了。
如果它到达,那么在这个包的内部是无错误的。
数据报也使用IP作路由,但是它不使用TCP。
它使用“用户数据报协议(UserDatagramProtocol)”,也叫“UDP”(请参考RFC-768。
)
为什么它们是无连接的呢?
主要是因为它并不象流式套接字那样维持一个连接。
你只要建立一个包,构造一个有目标信息的IP头,然后发出去。
无需连接。
它们通常使用于传输包-包信息。
简单的应用程序有:
tftp,bootp等等。
你也许会想:
“假如数据丢失了这些程序如何正常工作?
”我的朋友,每个程序在UDP上有自己的协议。
例如,tftp协议每发出的一个被接受到包,收到者必须发回一个包来说“我收到了!
”(一个“命令正确应答”也叫“ACK”包)。
如果在一定时间内(例如5秒),发送方没有收到应答,它将重新发送,直到得到ACK。
这一ACK过程在实现SOCK_DGRAM应用程序的时候非常重要。
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网络理论
既然我刚才提到了协议层,那么现在是讨论网络究竟如何工作和一些关于SOCK_DGRAM包是如何建立的例子。
当然,你也可以跳过这一段,如果你认为已经熟悉的话。
现在是学习数据封装(DataEncapsulation)的时候了!
它非常非常重要。
它重要性重要到你在网络课程学(图1:
数据封装)习中无论如何也得也得掌握它。
主要的内容是:
一个包,先是被第一个协议(在这里是TFTP)在它的报头(也许是报尾)包装(“封装”),然后,整个数据(包括TFTP头)被另外一个协议(在这里是UDP)封装,然后下一个(IP),一直重复下去,直到硬件(物理)层(这里是以太网)。
当另外一台机器接收到包,硬件先剥去以太网头,内核剥去IP和UDP头,TFTP程序再剥去TFTP头,最后得到数据。
现在我们终于讲到声名狼藉的网络分层模型(LayeredNetworkModel)。
这种网络模型在描述网络系统上相对其它模型有很多优点。
例如,你可以写一个套接字程序而不用关心数据的物理传输(串行口,以太网,连接单元接口(AUI)还是其它介质),因为底层的程序会为你处理它们。
实际的网络硬件和拓扑对于程序员来说是透明的。
不说其它废话了,我现在列出整个层次模型。
如果你要参加网络考试,可一定要记住:
应用层(Application)
表示层(Presentation)
会话层(Session)
传输层(Transport)
网络层(Network)
数据链路层(DataLink)
物理层(Physical)
物理层是硬件(串口,以太网等等)。
应用层是和硬件层相隔最远的--它是用户和网络交互的地方。
这个模型如此通用,如果你想,你可以把它作为修车指南。
把它对应到Unix,结果是:
应用层(ApplicationLayer)(telnet,ftp,等等)
传输层(Host-to-HostTransportLayer)(TCP,UDP)
Internet层(InternetLayer)(IP和路由)
网络访问层(NetworkAccessLayer)(网络层,数据链路层和物理层)
现在,你可能看到这些层次如何协调来封装原始的数据了。
看看建立一个简单的数据包有多少工作?
哎呀,你将不得不使用"cat"来建立数据包头!
这仅仅是个玩笑。
对于流式套接字你要作的是send()发送数据。
对于数据报式套接字,你按照你选择的方式封装数据然后使用sendto()。
内核将为你建立传输层和Internet层,硬件完成网络访问层。
这就是现代科技。
现在结束我们的网络理论速成班。
哦,忘记告诉你关于路由的事情了。
但是我不准备谈它,如果你真的关心,那么参考IPRFC。
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结构体
终于谈到编程了。
在这章,我将谈到被套接字用到的各种数据类型。
因为它们中的一些内容很重要了。
首先是简单的一个:
socket描述符。
它是下面的类型:
int
仅仅是一个常见的int。
从现在起,事情变得不可思议了,而你所需做的就是继续看下去。
注意这样的事实:
有两种字节排列顺序:
重要的字节(有时叫"octet",即八位位组)在前面,或者不重要的字节在前面。
前一种叫“网络字节顺序(NetworkByteOrder)”。
有些机器在内部是按照这个顺序储存数据,而另外一些则不然。
当我说某数据必须按照NBO顺序,那么你要调用函数(例如htons())来将它从本机字节顺序(HostByteOrder)转换过来。
如果我没有提到NBO,那么就让它保持本机字节顺序。
我的第一个结构(在这个技术手册TM中)--structsockaddr.。
这个结构为许多类型的套接字储存套接字地
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