《互联网程序设计》

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1、互联网程序设计,第三讲 客户端软件设计 电子科技大学计算机学院 赵洋 ,互联网程序设计,电子科大计算机学院,在程序中使用套接字调用,使用TCP的客户和服务器套接字函数调用序列,互联网程序设计,电子科大计算机学院,套接字调用参数使用的符号常量,UNIX系统提供了预定义的符号常量和数据结构来声明数据和指明参数： 使用何种服务： SOCK_DGRAM: 数据报服务，UDP协议 SOCK_STREAM: 流服务，TCP协议 PF_INET：使用TCP/IP协议族 AF_INET: 使用TCP/IP地址结构 需要include，引用出现这些定义的文本 #include #include ,互联网程序设计

2、,电子科大计算机学院,客户体系结构,客户应用程序比较简单： 不必明显地处理并发性 不需要特权，和常规的应用程序一样执行 不需要强行保护，依赖操作系统自动强迫执行保护,互联网程序设计,电子科大计算机学院,问题：标识服务器的位置,在编译程序时，将服务器的域名或者IP地址说明为常量 执行快，但是服务器移动后不便 要求用户在启动程序时标定服务器 从稳定的存储设备中获得关于服务器的信息 如果文件不存在，客户软件就不能执行 使用某个单独的协议来找到服务器 只能在本地小环境下应用 根据实际情况，综合标识服务器地址,互联网程序设计,电子科大计算机学院,分析地址参数,参数由字符串构成，客户使用参数语法: 域名方

3、式或IP地址方式 域名和IP地址的确定：扫描参数，看是否含有字母。 全参数化的客户软件允许用户指明协议端口号和机器 使用两个参数： smtp 使用单个参数：:smtp 遵循本地系统的约定：Linux使用单独参数指明服务器的机器地址和协议端口,互联网程序设计,电子科大计算机学院,查找域名,使用sockaddr_in结构指明服务器的地址 需要二进制表示的32bit IP地址 套接字对地址转换的支持（两个库例程） Inet_addr: IP地址点分十进制到二进制的转换 接受一个点分十进制表示的字符串地址，返回一个等价的二进制地址 Gethostbyname: 主机域名到二进制的转换 接受一个机器域名

4、字符串，返回一个hostent结构，内含一个二进制表示的主机IP地址,互联网程序设计,电子科大计算机学院,Hostent的声明,Struct hostent char *h_name;/主机名 char *h_aliases;/主机别名 int h_addrtype;/地址类型 int h_length;/结构长度 char *h_addr_list;/地址列表 #define h_addr h_addr_list0,互联网程序设计,电子科大计算机学院,调用gethostbyname得到IP地址（域名到IP）,Struct hostent *hptr; Char *examplenam=”me

5、rlin.cs.prudue.edu”; If(hptr=gethostbyname(examplenam) /*IP address is now in hptr-h_addr*/ else /*error in name-handle it*/ ,互联网程序设计,电子科大计算机学院,由名字查找某个熟知端口（服务到端口）,getservbyname: 两个参数指明期望的服务和协议。返回servent类型的结构指针； 注意网络字节顺序和本地机器的表示方法；,struct servent char *s_name; char *s_aliases; int s_port; char *s_pro

6、to; ;,struct servent *sptr; if (sptr = getservbyname(“smtp”, “tcp”) /* port number is now in sptr -s_port*/ else /* error occurred-handle it */ ,互联网程序设计,电子科大计算机学院,由名字查找协议（协议到协议的符号常量）,getprotobyname: 由协议名返回协议号；返回一个protoent类型结构的地址,struct protoent char *p_name; char *p_aliases; char *p_proto; ;,struct

7、protoent *pptr; if (pptr = getprotobyname(“udp”) /* official protocol number is now in pptr -p_proto*/ else /* error occurred-handle it */ ,SOCK_DGRAM：UDP协议 SOCK_STREAM: TCP协议,互联网程序设计,电子科大计算机学院,TCP客户算法-面向连接的客户,找到期望与之通信的服务器IP地址和协议端口号 分配套接字socket() 指明此连接需要在本地机器中的、任意的、未使用的协议端口，并允许TCP选择一个这样的端口 将这个套接字连接到

8、服务器connect() 使用应用级协议与服务器通信send()/recv() 关闭连接close(),互联网程序设计,电子科大计算机学院,分配套接字,使用socket函数 将协议和服务分别说明为PF_INET和SOCK_STREAM include语句包含一些定义常量的文件 对于TCP/IP，第三个参数没有用。,#include #include int s; /* socket descriptor */ s = socket ( PF_INET, SOCK_STREAM, 0);,互联网程序设计,电子科大计算机学院,选择本地协议端口号,服务器运行于熟知的端口上，客户不是。 客户使用端口的

9、规则： 该端口不与该机器其他进程使用端口冲突 该端口没有被分配给某个熟知服务 客户允许TCP自动选择本地端口 connect调用的一个效果就是所选择的本地端口能够满足上述准则。,互联网程序设计,电子科大计算机学院,选择本地IP地址的基本问题,对于只挂在一个网络上的主机是简单的 正确的选择依赖于选路信息，但应用程序很少使用选路信息，实际中存在的问题： 一个主机可能具有多个IP地址 如果应用程序随机选择一个IP地址，可能选择了一个与IP地址的接口并不匹配的地址。 可能能够正确的工作。但是网络管理会困难和混乱，可靠性降低。 一般本地地址字段不填，允许客户自动选取本地IP地址,互联网程序设计,电子科大

10、计算机学院,将TCP套接字连接到服务器,connect函数：允许TCP套接字发起连接 强迫执行下层的三次握手 超时或者建立连接后返回 三个参数： retcode = connect(s, remaddr, remaddrlen); s: 套接字的描述符 remaddr: 一个sockaddr_in类型结构的地址 remaddrlen: 第二个参数的长度 connect的四项任务 对指明的套接字进行检测：有效，没有连接 将第二个参数给出的端点地址填入套接字中 为此套接字选择一个本地端点地址 发起一个TCP连接，并返回一个值,互联网程序设计,电子科大计算机学院,使用TCP和服务器通信,客户发送请求

11、，等待响应 发送请求：send; 等待响应：recv; send(s, req, strlen(req), 0); while (n = recv (s, bptr, buflen, 0) 0) bptr +=n; buflen -=n； TCP不保持记录的边界，面向流的概念,互联网程序设计,电子科大计算机学院,关闭TCP连接,close：从容关闭连接释放该套接字 常常需要在客户服务器之间协调关闭事宜 服务器不能关闭连接，不知客户请求是否完成 客户不知道服务器发出的数据是否全部到达 允许应用程序在一个方向关闭TCP连接 shutdown(s, direction); direction: 0不

12、允许输入; 1不允许输出; 2双向关闭 部分关闭可以让服务器发送完最后一个响应后，关闭连接。,互联网程序设计,电子科大计算机学院,UDP客户的编程,找到期望与之通信的服务器IP地址和协议端口号 分配套接字socket() 指明这种通信需要本地机器中的、任意的、未使用的协议端口，并允许UDP选择一个这样的端口connect() 指明报文所要发往的服务器sendto() 使用应用级协议与服务器通信sendto()/recvform() 关闭连接close(),互联网程序设计,电子科大计算机学院,连接和非连接的UDP套接字,连接的UDP通信 客户使用connect调用指明远程端点地址 使用SOCK_

13、DGRAM类型的套接字 不发起任何分组交换，不检查远程端点合法性 只是在套接字的数据结构记录远程端点的信息 不用重复指明远端地址收发报文 只和一个服务器交互比较方便 非连接的UDP通信 在每次发送报文的时候指明远程目的地 使用灵活，便于同不同的服务器通信,互联网程序设计,电子科大计算机学院,使用UDP和服务器通信,对于连接的UDP套接字 使用send发送报文 使用recv接收报文 每次send发送一个完整的报文 每次recv接受一个完整的报文，足够大缓存 不需要重复使用recv获得单个报文 对于非连接的UDP套接字 sendto: 发送报文，含有地址信息 recvfrom:接收一个含有源地址的

14、数据报,互联网程序设计,电子科大计算机学院,关闭UDP套接字和UDP特点,close: 关闭套接字，释放与之关联的资源 拒绝以后到达的报文 没有通知远程端点 shutdown: 在某个方向上终止进一步传输 不向另外一方发送任何报文，只是在本地套接字标明不期望在指定的方向传输数据 客户关闭输出以后，服务器并不知道 UDP提供的是不可靠的交互 必须自己设计协议实现可靠性,互联网程序设计,电子科大计算机学院,客户软件例子,通过实例说明客户软件的概念、算法。 例子的特点： 服务本身所需要的代码很少，易理解 突出基本算法 说明客户/服务器如何使用系统调用 代码长短和服务数量的关系 模块化，过程化 隐藏细

15、节: 将复杂的程序分解成一组过程，模块化的程序 网络软件含有很多细节，隐藏细节减少出错机会 重用代码 将依赖操作系统的代码隔离，便于移植,互联网程序设计,电子科大计算机学院,针对客户程序的过程库例子,每个客户与服务器建立联系必须： 选择协议(UDP或TCP) 查找服务器的机器名 查找所期望的服务并将其映射到协议端口号 分配套接字并与之连接 将这个过程设计为过程库的一部分，只需一次编码。 socket = connectTCP(machine, service); socket = connectUDP(machine, service); 正确抽象：高级操作，共享代码，减少出错,互联网程序设计

16、,电子科大计算机学院,实现connectTCP和connectUDP,将所有的底层操作放置到connectsock中 实现connectTCP和connectUDP成为简单调用,int connectsock(const char *host, const char *service, const char *transport); int connectTCP(const char *host, const char *service) /* Arguments host-name of host to which connection is desired service service

17、associated with the desired port */ return connectsock(host, service, “tcp”); ,互联网程序设计,电子科大计算机学院,实现connectTCP和connectUDP,int connectsock(const char *host, const char *service, const char *transport); int connectUDP(const char *host, const char *service) /* Arguments host-name of host to which connec

18、tion is desired service service associated with the desired port */ return connectsock(host, service, “udp”); ,互联网程序设计,电子科大计算机学院,构成连接的过程,Connectsock：含有所有需要用来分配套接字和连接该套接字的代码(Connectsock.c) #include 语句 宏定义和变量定义，函数声明，功能说明 函数名称和参数说明 局部变量定义 取得端口号，IP地址，和使用协议号 使用socket得到套接字 使用connect建立连接 返回套接字,互联网程序设计,电子科大

19、计算机学院,connectsock说明,复杂条件表达式:函数调用，赋值，比较在一行 memset和memcpy的使用特点 辅助的系统调用：gethostbyname, getprotobyname, getservbyname. errexit.c: 出错退出 int errexit (const char * format, ) va_list args; va_start(args, format）； vfprintf(stderr, format, args); va_end(args); exit(1); ,互联网程序设计,电子科大计算机学院,DAYTIME服务,允许用户获得当前的日期

20、和时间 客户程序访问服务器获得信息 格式：weekday,month,day,year,time-timezone 例子：Thursday,February 22,1996 17:3743-PST 可以使用TCP也可以使用UDP实现,协议端口13,互联网程序设计,电子科大计算机学院,DAYTIME服务 可以使用TCP也可以使用UDP实现,对于TCP版本 只要连接到来，服务器就构造包含当前日期时间的文本字符串发送，然后关闭连接。客户不用发送任何数据，发送了也会忽略。,对于UDP版本 服务器收到数据报，格式化当前的日期和时间将结果字符串放置到外发数据报中，发送给客户。激活这个响应的数据报会被丢失。

21、,互联网程序设计,电子科大计算机学院,针对DAYTIME的TCP客户实现,TCPdaytime.c 的实现说明。 #include语句 变量、恒量和函数定义 客户程序主函数main,含参数 int main (int argc, char *argv) 对参数的个数进行判断，根据参数数量的不同进行不同的参数处理 如果出错，提示使用方法，退出 调用TCPdaytime( )获得服务器服务 使用connectTCP得到套接字 循环等待服务器的响应，并送到标准文件显示,互联网程序设计,电子科大计算机学院,从TCP连接中进行读,TCP提供流式服务，不保持记录边界 发送应用程序和接收应用程序分开了 发送

22、2个64字节，可能接收1次或者3次完成 一次TCP连接的读操作调用返回的字节数依赖于下层互联网络数据报的大小，可用的缓存空间，以及穿越网络所遇到的时延。 必须要重复地调用recv(或者read)，直到获得所有的数据 TCP的流服务不能保证按写入时相同的数据块交付数据,互联网程序设计,电子科大计算机学院,TIME服务,允许一台机器从另外一台机器获得日期和时间。 由于存在不同的时区，所有的时间日期信息必须用国际标准时间：UCT或UT 服务器应答前将本地时间转化为标准时间 客户收到应答时，将国际标准时间转化为本地时间。 TIME协议规定由32bit的整数来表示 从1990年1月1日午夜为起点的秒数

23、用于一台计算机使用另外一系统时钟来设置起事件,互联网程序设计,电子科大计算机学院,访问TIME服务,TIME服务使用端口37 可以使用TCP协议 使用TCP的TIME服务器利用连接的出现激活输出，类似DAYTIME服务。 使用TCP的客户不用发送任何数据 也可以使用UDP访问TIME服务 客户发出包含单个数据报的请求 服务器从传入的数据报中取出地址和端口号 服务器将当前时间编码为一个整数，使用上述地址和端口号发回给客户,互联网程序设计,电子科大计算机学院,精确时间和网络时延,由于网络时延，客户收到的时间慢了 尽管有更加复杂的协议来处理时钟同步 TIME协议因为简单，在局域环境中，在某些环境下，

24、还是使用很多。 改进TIME协议提高精确性 计算服务器到客户的网络时延近似值 客户计算从客户到服务器，再从服务器到客户的往返时延，取其一半作为时延的近似值。,互联网程序设计,电子科大计算机学院,针对TIME服务的UDP客户,UDPtime.c 程序说明: 变量定义 程序参数处理 建立UDP套接字 发送一个数据报 读取数据报 字节顺序转换， 换算成unix的时间起点 调用ctime转换成为可以读出的时间格式,互联网程序设计,电子科大计算机学院,ECHO服务,ECHO服务器返回从客户收到的所有数据 用户网络管理员测试可达性，调试协议软件，识别选路问题等 TCP ECHO服务：接收连接请求，从连接中

25、读取数据，在该连接上将数据写回。直到客户终止传送。 UDP ECHO服务：接收整个数据报，根据数据报指明的端口号和地址，返回整个数据报,互联网程序设计,电子科大计算机学院,针对ECHO的TCP客户,TCPecho.c 客户主函数：main( ) 处理传入参数 TCPecho( ) 打开连接以后，进入循环 读出每行输入 通过TCP连接发送给ECHO服务器 读取返回的数据并打印 读出过程是一个循环，按照字符数量计数 完成所有的行输入后，程序退出,互联网程序设计,电子科大计算机学院,针对ECHO服务的UDP客户,UDPecho.c 同前面的TCP版本类似 读出返回数据的过程不同，只需要读出一次 UDP客户要么收到了由服务器返回的整个行，要么什么都没有收到。 除非出现差错，否则每次调用read都返回整个行,互联网程序设计,电子科大计算机学院,小结,过程抽象：易于维护，隐藏细节，移植 构造两个过程的例子： connectTCP connectUDP 给出几个客户应用的例子 DAYTIME：得到当日可读格式的时间 TIME：得到32比特整数形式的时间 ECHO: 测试网络联通性,