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网络程序设计

. TCP/IP 协议. . 协议软件接口 -socket. . 网络程序设计. Windows 网络编程 --winsock. . TCP 通信的例子程序. . UDP 通信的例子程序. . 参考书籍. 目前， Internet 主要使用 TCP/IP 协议来进行通信. 用 户. 1、 TCP/IP 协议. 应用层( FTP,HTTP,DHCP 等 ). TCP. UDP. IP. 数据链路层(网卡驱动程序). 传输介质. TCP/IP 协议结构简图. 报头长度. 总数据报文长度. 32位源 IP 地址.

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Presentation Transcript

  1. TCP/IP协议  协议软件接口-socket  网络程序设计 Windows网络编程--winsock  TCP通信的例子程序  UDP通信的例子程序  参考书籍

  2. 目前，Internet主要使用TCP/IP协议来进行通信 用 户 1、TCP/IP协议 应用层( FTP,HTTP,DHCP等 ) TCP UDP IP 数据链路层(网卡驱动程序) 传输介质 TCP/IP协议结构简图

  3. 报头长度 总数据报文长度 32位源IP地址 32位目的IP地址 可选项 数据 IP层协议：IP数据报文的简化图 1、TCP/IP协议 报头总长：5×4=20字节 IP地址：标识主机的网络接口---网卡

  4. TCP层协议：TCP数据报文的简化图 16位源端口 16位目标端口 32位序数 32位应答序数 1、TCP/IP协议 标志 16位校验和 可选项 数据 端口：标识应用程序，如80—HTTP，21--FTP 标志：SYN，ACK，FIN

  5. UDP层协议：UDP数据报文的简化图 16位源端口 16位目标端口 16位校长度 16位校验和 数据 1、TCP/IP协议

  6. IP、TCP、UDP的关系 IP报文 IP报头 TCP报头 数 据 1、TCP/IP协议 20字节 20字节 IP报头 UDP报头 数 据 20字节 8字节 TCP主要用于有连接的通信：FTP，HTTP等 UDP主要用于无连接的通信：RTP，DNS等

  7. 操作系统 网络 应用 程序 TCP/IP API 2、协议软件接口-socket 目前，有几种可供应用程序使用TCP/IP协议 的API，最为常用的是伯克利大学为UNIX系统 定义的API，这种API现在被称为套接字(socket) 接口，并已成为事实的标准，微软也在其系统 中采用这种标准，称为Windows socket或Winsock

  8. 就象文件描述符是对文件的抽象一样，套接字 是对网络通信的抽象，是由操作系统创建并维护 的一个数据结构。 对文件操作 对套接字操作 2、协议软件接口-socket CFile f = new CFile(); f.read(); f.write(); f.close(); f.open(); ….. Socket s = creat()； s.read(); s.write(); s.close(); s.bind(); …..

  9. 套接字的数据结构 TCP/IP协议族 Family: PF_INET 服务类型 TCP:SOCK_STREAM UDP:SOCK_DGRAM Service: SOCK_STREAM Local IP: 2、协议软件接口-socket Remote IP: Local Port: Remote Port: 套接字有两中不同类型： 流套接字和数据报套接字 面向连接的TCP 无连接的UDP

  10. Socket使用的地址结构 Struct sockaddr_in { short sin_family; //AF_INET地址族unsigned short sin_port; //使用的端口，2字节 struct in_addr sinaddr; //IP地址，4字节 char sinzero[8]; //预留，8字节 } Struct sockaddr { u_short sa_family; //地址族 char sa_data[14]; //地址 } 2、协议软件接口-socket

  11. Socket提供的函数 socket()创建用于网络通信的描述符—套接字 bind()将本地IP地址和协议端口号绑定到套接字 2、协议软件接口-socket listen()将套接字置入监听模式并准备接受连接请求 accept()作好接受客户端连接的准备 connect()连接远程对等实体（服务器） read()接收下一个传入的数据报文 write()发送外发的一个数据报文 close()终止通信并释放套接字占用的资源

  12. Socket编程原理：采用C/S结构 服务器 客户机 进程通信设施 监听 请求 2、协议软件接口-socket 请求 应答 应答 时 间

  13. 服务器 客户机 socket() bind() listen() socket() accept() connect() write() read() read() write() close() close() 2、协议软件接口-socket 流套接字编程时序图(TCP)

  14. 服务器 客户机 socket() socket() bind() bind() 2、协议软件接口-socket readfrom() sendto readfrom() sendto close() close() 数据报套接字编程时序图(UDP)

  15. ①winsock：针对TCP/IP编程的底层API，其部分代 码在winsock.dll，较复杂但灵活性好 ②WinInet：是比winsock更高一层的API，但它只实 用于HTTP，FTP，gopher的客户端程序，不能用 来创建服务器程序。 ③ MFC类：面向对象的API 有： CAsyncSocket，CSocket CInternetSession, CHttpConnection CGopherConnection, CInternetFile CHttpFile, CFtpFile, CGopherFileFind CInternetException等派生类 ④控件：功能强，使用简单，但通常需要图形界面 的支持，如对话框。 3、winsock基础 对winsock的封装 对winInet 的封装

  16. 3.1 Winsock版本 采用Winsock 1的应用必须有Winsock.h 包含文件 使用Winsock 2的应用需要Winsock2.h 包含文件。

  17. 3.2 使用winsock进行通信 初始化/加载 Winsock库 创建socket 使用socket进行通信 关闭socket 清除Winsock库

  18. 3.2 使用winsock进行通信 ①Ｗinsock初始化与结束 每个Winsock 应用都必须加载Winsock DLL的相应版本。 如果调用Winsock 之前，没有加载Winsock 库，这个函数就会返回一个SOCKET_ERROR，错误信息是WSANOTINITIALISED。 加载Winsock 库是通过调用WSAStartup函数实现的。 　　程序结束退出前，应该释放对Ｗinsock的使用，调用函数WSAcleanup来实现。

  19. 3.2 使用winsock进行通信 WSAStartup初始化Windows Sockets API 应用程序 WSACleanup释放所使用的Windows Sockets DLL

  20. 3.2 使用winsock进行通信 ②错误检查和控制 　　如果调用一个Winsock 函数，错误情况发生了，就可用WSAGetLastError函数来获得一个代码，这个代码明确地表明发生的状况。 　　发生错误之后调用这个函数，就会返回所发生的特定错误的完整代码。WSAGetLastError 函数返回的这些错误都已预定义常量值，根据Winsock 版本的不同，这些值的声明不在Winsock .h中，就会在Winsock2.h中。

  21. 3.2 使用winsock进行通信 • 　　读取当前错误值：每次发生错误时，如果要对具体问题进行处理，那么就应该调用这个函数取得错误代码。函数定义如下： • int WSAGetLastError(void ); • 错误值请自己阅读Winsock2.h。

  22. ４　TCP通信的例子 • 本节讨论TCP协议编程，包括 • TCP服务器端编程 • TCP客户端编程

  23. server.c client.c 开发环境——提供各种函数调用和接口 ４.１客户机/服务器模式

  24. ４.１客户机/服务器模式 • 客户机/服务器模式的建立基于以下两点： • 1、非对等作用； • 2、通信完全是异步的。在操作中采取的是主动请示方式： • 服务器方（先启动，并根据请示提供相应服务）： • １、打开一通信通道并告知本地主机，它愿意在某一个公认 • 　　地址上接收客户请求。 • ２、等待客户请求到达该端口。 • ３、接收到重复服务请求，处理该请求并发送应答信号。 • ４、返回第二步，等待另一客户请求 • ５、关闭服务器。 • 客户方： • １、打开一通信通道，并连接到服务器所在主机的特定端口。 • ２、向服务器发送服务请求报文，等待并接收应答；继续提 • 　　出请求…… • ３、请求结束后关闭通信通道并终止。

  25. ４.２面向连接的套接字的系统调用时序图 s:主线程套接字，用于 　监听客户端的请求 ns:子线程套接字，用 于与特定的客户端连接

  26. ４.３Winsock函数详述

  27. ４.３.１创建套接字socket() • 创建套接字：（服务器端和客户端） • SOCKET socket ( int af, int type, int protocol ); • 参数： • af:网络地址类型; type:套接字类型; protocol:指定网络协议。

  28. 4.3.2套接字的绑定bind() • 套接字的绑定：将本地地址绑定到所创建的套接字上（服务器端和客户端） • 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）。 • Name：socket地址结构，为sockaddr结构，一般使用 • sockaddr_in结构，在使用再强制转换为sockaddr • 结构。 • Namelen：地址结构的长度。

  29. 4.3.3套接字的监听listen() • 套接字的监听：（服务器端） • int listen ( SOCKET s, int backlog ) • 参数： • s：一个已绑定但未联接的套接字。 • backlog：指定正在等待联接的最大队列长度， • 这个参数非常重要，因为服务器一般 • 可以提供多个连接。

  30. 4.3.4套接字等待连接accept( ) • 套接字等待连接:（服务器端） • SOCKET accept ( • SOCKET s, • struct sockaddr FAR * addr, • int FAR * addrlen ) • 参数： • s：处于监听模式的套接字。 • sockaddr：接收成功后返回客户端的网络地址。 • addrlen：网络地址的长度。

  31. Winsock 2引入了一个名为WSAAccept的函数。它能根据一个条件函数的返回值，选择性地接受一个连接。这个新函数的定义如下 Winsock2的等待函数WSAAccept的函数 其中，头三个参数与accept的Winsock 1版本是相同的。lpfnCondition参数是指向一个函数的指针，那个函数是根据客户请求来调用的。该函数决定是否接受客户的连接请求。

  32. 4.3.5套接字的连接connect（） • 套接字的连接：将两个套接字连结起来准备通信。（客户端） • int connect ( • SOCKET s, • const struct sockaddr FAR * name, • int namelen ) • 参数： • s：欲连结的已创建的套接字。 • name：欲连结的socket地址。 • namelen：为socket地址的结构的长度。

  33. Winsock2的连接函数WSAConnect() 前三个参数和connect API函数的参数是完全一样的。 lpCallerData参数是指向缓冲区的指针，缓冲区内包含客户机向服务器发出的请求连接的数据。 lpCalleeData参数则指向另一个缓冲区，区内包含服务器向客户机返回的建立连接时的数据。这两个参数都是WSABUF结构，因此，若是lpCallerData，len字段应该设为buf字段中准备传输的数据长度。若是lpCalleeData，len字段则代表buf中的缓冲区长度，设为从服务器返回的数据长度。 lpQOS参数用于指定套接字s需要的服务质量，而lpGQOS则用于指定套接字组所需要的服务质量。目前，尚未提供对套接字组的支持。若lpQOS是空值，则表明没有某应用专用的Q O S。

  34. 数据传输 要在已建立连接的套接字上接收数据，可用这两个A P I函数：send和WSASend。第二个函数是Winsock 2中专有的。 在已建立了连接的套接字上接收数据也有两个函数： recv和WSARecv。后者也是Winsock 2函数

  35. 4.3.6 发送数据send() • 发送数据：（服务器端和客户端） • int send ( • SOCKET s, • const char FAR * buf, • int len, int flags ) • 参数： • s：服务器端监听的套接字。 • buf：欲发送数据缓冲区的指针。 • len：发送数据缓冲区的长度。 • flags：数据发送标记。可为0、 • MSG_DONTROUTE或MSG_OOB

  36. Winsock2发送数据WSAsend() int WSASend ( SOCKET s, LPWSABUF lpBuffers, DWORD dwBufferCount, LPDWORD lpNumberOfBytesSent, DWORD dwFlags, LPWSAOVERLAPPED lpOverlapped, LPWSAOVERLAPPED_COMPLETION_ROUTINE lpCompletionROUTINE ); S: 是一个连接会话的有效句柄。 lpBuffers是指向一个或多个WSABUF结构的指针。 dwBufferCount指明准备投递的WSABUF结构数。 lpNumberOfBytesSent是指向DWORD（是WSASend调用返回的）的指 针，其中包含字节总发送数。 dwFlags参数与它在send中的意义相同。 lpOverlapped和lpCompletionROUTINE—用于重叠I/O。 WSASend函数把lpNumberOfBytesSent设为写入的字节数。成功的话，该函数就返回0，否则就返回SOCK_ERROR。

  37. 4.3.7 数据接收recv( ) • 数据接收：（客户端） • int recv ( • SOCKET s, • char FAR * buf, • int len, int flags ) • 参数： • s：准备接收数据的套接字。 • buf：准备接收数据的缓冲区。 • len：准备接收数据缓冲区的大小。 • flags：数据接收标记。： 0、MSG_PEEK、 • MSG_OOB

  38. Winsock2数据接收WSArecv( )

  39. 中断连接 一旦完成任务，就必须关掉连接，释放关联到那个套接字句柄的所有资源。要真正地释放与一个开着的套接字句柄关联的资源，执行closesocket调用即可。 closesocket可能会带来负面影响，即可能会导致数据的丢失。应该在调用closesocket函数之前，利用shutdown函数从容中断连接。

  40. 4.3.8 中断套接字连接shutdown（） • 中断套接字连接：通知服务器端或客户端停止接收和发送数据。（服务器端和客户端） • int shutdown ( SOCKET s, int how ) • 参数： • s：欲中断连接的套接字。 • How：描述禁止哪些操作，取值为： • SD_RECEIVE、SD_SEND、SD_BOTH。 • #define SD_RECEIVE 0x00 • #define SD_SEND 0x01 • #define SD_BOTH 0x02

  41. 4.3.9 关闭套接字closesocket() • 关闭套接字： • 释放所占有的资源。（服务器端和客户端） • int closesocket( SOCKET s ) • 参数： • s：欲关闭的套接字。

  42. TCP程序示例 • 服务器上： • Tcp\server.c • Tcp\client.c

  43. ５、无连接协议 • 典型的无连接协议 : UDP • 本节讨论 • 接收端（可称之为服务器） • 发送端

  44. 接收端 １、用socket或WSASocket建立套接字。 ２、通过bind函数把这个套接字和准备接收数据 　　的接口绑定在一起。 ３、和面向会话不同的是，我们不必调用listen 　　和accept。 ４、相反，只需等待接收数据。 ５、由于它是无连接的，因此始发于网络上任 　　何一台机器的数据报都可被接收端的套接 　　字接收。

  45. ５.１接收数据函数recvfrom １、前面四个参数和recv是一样的，其中包括标志 MSG_OOB和MSG_PEEK。 ２、对监听套接字的具体协议来说，from参数是一个 SOCKADDR结构，带有指向地址结构的长度的 fromlen。 ３、这个API调用返回数据时，SOCKADDR结构内便填入 　　发送数据的那个工作站的地址。

  46. Winsock 2接收数据函数WSARecvFrom

  47. 两者的差别在于接收数据的W S A B U F结构的用法上。 利用d w B u ff e r C o u n t为W S A R e c v F r o m提供一个或多个W S A B U F缓冲。提供多个缓冲，就可用发散集合了。 读取的字节总数返回在l p N u m b e r O f B y t e s R e c v d中。 l p F l a g s参数可以是代表无选项的0、MSG_OOB、MSG_PEEK或MSG_PARTIAL。这些标志还可以累加起来。如果在调用这个函数时，指定MSG_PARTIAL，提供者就知道返回数据，即使只收到了部分消息。调用返回之后，如果只收到部分消息，就会设置MSG_PARTIAL标志。再次返回之后，WSARecvFrom就会把lpFrom参数（它是一个指向SOCKADDR结构的指针）设为发送端的地址。 lpFromLen指向SOCKADDR结构的长度，另外，在这个函数中，它还是一个指针，指向DWORD。最后两个参数， lpOverlapped和lpCompletionROUTINE，用于重叠I / O

  48. 发送端 　　　要在一个无连接的套接字上发送数据，有两种选择。 　　　第一种，也是最简单的一种，便是建立一个套接字，然后调用sendto或WSASendTo

  49. ５.２　发送数据　sendto函数 b u f是发送数据的缓冲， l e n指明发送多少字节。 其余参数和r e c v f r o m的参数一样。 t o参数是一个指向SOCKADDR结构的指针，带有接收数据的那个工作站的目标地址。

  50. Winsock 2函数WSASendTo

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