套接字编程

Socket编程

Socket编程：应用进程使用传输层提供的服务才能够交换报文，实现应用协议，实现应用
TCP/IP：应用进程使用Socket API访问传输服务
地点：界面上的SAP
方式：Socket API

目标：学习如何构建能借助sockets进行通信的C/S应用程序
socke：分布式应用进程之间的门，传输层协议提供的端到端服务接口

2种传输层服务的socket类型

• TCP：可靠的、字节流的服务
• UDP：不可靠（数据UDP数据报）服务

TCP套接字编程

套接字：应用进程与端到端传输协议(TCP或UDP）之间的门户
TCP服务：从一个进程向另一个进程可靠的传输字节流

服务器首先运行，等待连接建立
服务器进程必须先处于运行状态

• 创建欢迎socket
• 和本地端口捆绑
• 在欢迎socket上阻塞式等待接受用户的连接

客户端主动和服务器建立连接
创建客户端本地套接字（隐式捆绑到本地port）

• 指定服务器进程的IP地址和端口号，与服务器进程连接

当与客户端连接请求到来时

• 服务器接受来自客户端的请求，接触阻塞式等待，返回一个新的socket（与欢迎socket不一样），与客户端通信
  • 允许服务器与多个客户端通信
  • 使用的IP和源端口来区分不同的客户端

连接API调用有效时，客户端P与服务器之间建立了TCP连接

从应用程序的角度
TCP在客户端和服务器进程之间提供了可靠的、字节流（管道）服务

C/S模式的应用样例

• 客户端从标准输入装置读取一行字符，发送给服务器
• 服务器从socket读取字符
• 服务器将字符串装换成大写，然后返回给客户端
• 客户端从socket种读取一行字符，然后打印出来

实际上，这里描述了C-S之间交互的动作次序

数据结构sockaddr_in

IP地址和port捆绑关系的数据结构（标示进程的端节点）

struct socketaddr_in{
    short sin_family;   //AF_INET
    u_short sin_port;   //port
    struct in_addr sin_addr;    //IP address unsigned long
    char sin_zero[8];   //align
};

属性	说明
sin_family	地址簇，这个结构体不仅仅用于IP的通信，还可以用于其他的通信，这里设置为常量AF_INET，表明是TCP/IP的协议簇
sin_port	端口号
sin_addr	ip地址
sin_zero	起对其作用，因为ipx的地址长度比ip的长度，其他地址也是

数据结构hostent

域名和IP地址的数据结构

struct hostent { 
    char *h_name;	//域名
    char **h_aliases;	//别名
    int h_addrtype;	
    int h_length; //地址长度
    char **h_addr_list;	//IP地址
    #define h_addr h_addr_list[0];
}; 

属性	类型	说明
h_name	字符串	主机域名
h_aliases	字符串数组	主机的一系列别名
h_addrtype
h_length	数字	地址长度
h_addr_list	字符串数组	ip地址，可以将其复制到sockaddr_in的ip中

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

例子：C客户端（TCP）

// client.c
void main(int argc, char *argv[]) {
    // sad表示 server addr
    struct sockaddr_in sad; /* structure to hold an IP address of server */
    int clientSocket; /* socket descriptor */
    struct hostent *ptrh; /* pointer to a host table entry */
    char Sentence[128];
    char modifiedSentence[128];
    //	argv[0]是程序的名字
    host = argv[1]; // argv[1] 表示服务器的域名
    port = atoi(argv[2]); // argv[2]表示服务端的端口
    clientSocket = socket(PF_INET, SOCK_STREAM, 0);
    // 这里底层自动使用了bind

    // sad先清0
    memset((char *)&sad,0,sizeof(sad)); /* clear sockaddr structure */
    sad.sin_family = AF_INET; /* set family to Internet */
    // port先转换成短整形，然后设置成网络次序
    sad.sin_port = htons((u_short)port);
    ptrh = gethostbyname(host);
    /* Convert host name to IP address */
    //将IP地址拷贝到sad.sin_addr
    memcpy(&sad.sin_addr, ptrh->h_addr, ptrh->h_length);
    connect(clientSocket, (struct sockaddr *)&sad, sizeof(sad));

    gets(Sentence); // get input stream from client
    n=write(clientSocket, Sentence, strlen(Sentence)+1); // send line to server
    n=read(clientSocket, modifiedSentence, sizeof(modifiedSentence)); // read line from server
    printf("FROM SERVER: %s\n",modifiedSentence);
    close(clientSocket);  // close the connection
}

例子：C服务器（TCP）

// server.c
void main(int argc, char *argv[]) {
    // 只有一个参数，就是服务端的端口号
    struct sockaddr_in sad; /* structure to hold an IP address of server*/
    struct sockaddr_in cad; /*client */
    int welcomeSocket, connectionSocket; /* socket descriptor */
    struct hostent *ptrh; /* pointer to a host table entry */
    char clientSentence[128];
    char capitalizedSentence[128];
    // port
    port = atoi(argv[1]);
    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 */
    sad.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY; /* set the local IP address */
    sad.sin_port = htons((u_short)port);/* set the port number */
    // 此处赋值，在表中进行赋值
    bind(welcomeSocket, (struct sockaddr *)&sad, sizeof(sad));
    
    // specify the maximum number of clients that can be queued
    listen(welcomeSocket, 10)
        while(1) {
            connectionSocket=accept(welcomeSocket, (struct sockaddr *)&cad, &alen);
            n=read(connectionSocket, clientSentence, sizeof(clientSentence));
            // capitalize Sentence and store the result in capitalizedSentence
            n=write(connectionSocket, capitalizedSentence, strlen(capitalizedSentence)+1);
            close(connectionSocket);
        }
}

UDP Socket编程

UDP在客户端和服务器之间没有连接

• 没有握手
• 发送端在每一个报文中明确地指明目标的IP地址和端口号
• 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

进程视角看UDP服务
UDP为客户端和服务器提供不可靠的字节组的传送服务

C/S交互：UDP

例子：C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);
}

例子：C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);
    }
}