Linux socket网络编程基础

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1、Linux高级程序设计(第2版)Linux高级程序设计（第二版）人民邮电出版社出版杨宗德编著2009年9月Linux高级程序设计(第2版)第12章Linux socket网络编程基础 网络通信基础网络通信基础 BSD Socket TCP网络通信编程网络通信编程BSD Socket UDP网络通信编程网络通信编程使用使用TCP实现简单聊天程序实现简单聊天程序Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著3OSI模型及TCP/IP协议模式 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著4TCP/IP体系结构及各层协议 Linux高级

2、程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著5IP地址分类 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著6IP地址划分 类别前8位（二进制）点分十进制第一字节范围默认子网掩码广播地址网络数A0XXXXXXX1126（127为回环地址）255.0.0.0X.255.255.255126B10XXXXXX128191255.255.0.0X.X.255.25516384C110XXXXX192223255.255.255.0X.X.X.2552097152D1110XXXX224239N/AN/AN/AE1111XXXX240254N/AN/A

3、N/ALinux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著7网络数据包封包与拆包过程 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著8数据包接收拆包分类流程 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著9以太网链路层数据帧格式 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著10IP数据包头 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著11TCP包头 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著12UDP数

4、据包头 Linux高级程序设计(第2版)第12章Linux socket网络编程基础 网络通信基础网络通信基础 BSD Socket TCP网络通信编程网络通信编程BSD Socket UDP网络通信编程网络通信编程使用使用TCP实现简单聊天程序实现简单聊天程序Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著14类比电话通信，面向连接的socket通信实现 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著15通信过程首先，服务器端需要做以下准备工作：（1）调用socket()函数。建立socket对象，指定通信协议。（2）调用bind

5、()函数。将创建的socket对象与当前主机的某一个IP地和端口绑定。（3）调用listen()函数。使socket对象处于监听状态，并设置监听队列大小。客户端需要做以下准备工作：（1）调用socket()函数。建立socket()对象，指定相同通信协议。（2）应用程序可以显式的调用bind()函数为其绑定IP地址和端口，当然，也可以将这工作交给TCP/IP协议栈。接着建立通信连接：（1）客户端调用connect()函数。向服务器端发出连接请求。（2）服务端监听到该请求，调用accept()函数接受请求，从而建立连接，并返回一个新的socket文件描述符专门处理该连接。然后通信双方发送/接收数

6、据：（1）服务器端调用write()或send()函数发送数据，客户端调用read()或者recv()函数接收数据。反之客户端发送数据，服务器端接收数据。（2）通信完成后，通信双方都需要调用close()或者shutdown()函数关闭socket对象。Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著16BSD Socket网络编程API socketLinux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著17Socket参数说明第一个参数用来指明此socket对象所使用的地址簇或协议簇.Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民

7、邮电出版社出版杨宗德编著18Socket参数说明第二个参数为socket的类型。Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著19BSD Socket网络编程API bind完成此步，该socket拥有了本地IP地址，端口，通信协议，不能接收客户端的请求，但可以向服务器发起连接。Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著20Bind参数说明第二个参数是一个指向sockaddr结构的指针。struct sockaddr只是提供地址类型规范，根据不同的应用，sockaddr需要选用不同的类型。Linux高级程序设计(第2版)202

8、2-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著21地址结构体定义-UNIX域套接字 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著22地址结构体定义-IPV4 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著23端口与IP地址Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著24BSD Socket网络编程API listen第一个参数是绑定了IP及端口信息的socket文件描述符。第二个参数为请求排队的最大长度。当有多个客户端程序和服务器端相连时,此值表示可以使用的处于等待的队列长度。listen 函数将绑定

9、的socket文件描述符变为监听套接字，完成此步：服务器已经准备接收客户端连接请求了。Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著25BSD Socket网络编程API客户端发起连接 connect其第一个参数为socket返回的文件描述符。第二个参数储存了服务器端的地址（包括服务器的IP地址和端口信息）。第三个参数为该地址的长度。如果执行成功，此函数将与地址为addr的服务器建立连接，并返回0，如果失败则返回-1。正确完成此步：客户端socket拥有了目的IP，端口信息。Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著26BSD

10、 Socket网络编程API服务器接收连接 accept 第一个参数是监听网络后的socket文件描述符。第二参数为struct sockaddr 类型的地址空间首地址，第三个参数为该段地址空间长度，因此第二个参数用来存储客户端的IP地址和端口信息，以便为客户端返回数据。需要注意的是，如果执行成功，此函数将返回一个新的文件描述符以标识该连接，从而使原来的文件描述符可以继续等待新的连接，这样便可以实现多客户端。如果执行失败，将返回-1。至此，两端的连接已经建立，而服务器端又是如何区别多个连接的呢？Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著27如何区分多个客户端

11、对于任何一个TCP连接，最重要的信息包括源IP：源端口，目的IP：目的端口四个信息。例如，客户机192.168.0.10/24的3000、4000两端口同时向服务器192.168.0.100/24的80端口发起两个连接，在服务器端是如何区别两个连接的呢？Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著28BSD Socket网络编程API读/写socket Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著29BSD Socket网络编程APIsend/recv第一个参数为发送的目标socket对象；第二个参数为欲发送的数据位置；第三个

12、参数为数据的大小；第四个参数操作flags，支持的值为0或MSG_OOB（发送带外数据）等。对套接字调用write()的行为与将flags设置为0的send()的行为完全相同。如果执行成功，此函数将返回发送数据的大小，如果失败，将返回-1。Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著30BSD Socket网络编程API 关闭socket对象 close/shutdownhowto=0这个时候系统会关闭读通道，但是可以继续往socket描述符中写。howto=1关闭写通道，和上面相反，此时只可以读。howto=2关闭读写通道，和close一样，在多进程程序里，

13、当几个子进程共享一个套接字时，如果使用shutdown，那么所有的子进程都将不能操作，这时只能使用close()函数来关闭子进程的套接字描述符。Linux高级程序设计(第2版)第12章Linux socket网络编程基础 网络通信基础网络通信基础 BSD Socket TCP网络通信编程网络通信编程BSD Socket UDP网络通信编程网络通信编程使用使用TCP实现简单聊天程序实现简单聊天程序Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著32面向无连接通信模型 Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著33BSD Socke

14、t网络编程API sendto/recvfrom 第一个参数为发送的目标socket对象。第二个参数为欲发送的数据信息。第三个参数为发送数据的大小。第四个参数为flags，如send函数所示。第五个参数欲发送数据的目标地址，其结构体前面已经介绍。第六个参数为此结构体的大小。Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著34BSD Socket网络编程API getsockname/getpeername获得一个套接字（这个套接口至少完成了绑定本地IP地址）的本地地址。如果成功则返回0，如果发生错误则返回-1。第1个参数为欲读取信息的socket文件描述符第2，3

15、个参数分别为存储地址的内存空间地址和大小。getpeername()函数将取得一个已经连接上的套接字的远程信息（比如IP 地址和端口）。Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著35应用示例使用 AF_UNIX实现本机数据流通信示例 见代码使用AF_INET实现UDP点对点通信示例 见代码Linux高级程序设计(第2版)第12章Linux socket网络编程基础 网络通信基础网络通信基础 BSD Socket TCP网络通信编程网络通信编程BSD Socket UDP网络通信编程网络通信编程使用使用TCP实现简单聊天程序实现简单聊天程序Linux高级程序设

16、计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著37服务端运行结果（IP地址为192.168.0.93）Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著38客户机运行结果(IP地址为192.168.0.133）Linux高级程序设计(第2版)2022-7-12人民邮电出版社出版杨宗德编著39习题（1）七层模型与TCP/IP协议模型比较，各层完成的基本功能，对应的各层最主要功能是什么？（2）写出你所知道的网络设备、网络协议其简单工作原理描述,并列出其工作在TCP/IP协议栈的哪一层。（3）试写出网络数据的封包与拆包过程。并分析说明TCP、IP、UDP数据包头信息。（4）IP地址的如何区分，A、B、C类地址范围，哪些地址是私有地址，能够实现子网合并和拆分。子网掩码是什么，怎样计算一台主机的网络ID和主机ID。将192.168.0.1/24网段划分成8个子网，写出网络ID，主机ID范围，广播地址，子网掩码。（5）为什么办公区的私有IP地址主机可以连接到internet，NAT的功能是什么？