套接字编程（二）

2023-10-16

套接字编程

6.2k 词

标识服务器的位置

客户可以使用多种方法找到某个服务器的IP地址和协议端口号：

在编译程序时，将服务器的IP地址和域名说明为常量
要求用户在启动程序时标定服务器
- 使客户软件更具一般性
- 可以改变服务器位置
从稳定存储设备中获得关于服务器的信息
使用某个单独的协议来找到服务器

分析地址参数

在大多数情况下，传递给客户程序的每个参数由字符串构成。

允许用户提供机器的域名
允许用户提供点分十进制表示的IP地址
允许用户指明协议端口和机器

客户必须用sockaddr_in的结构指明服务器地址

inet_addr：接受一个点分十进制的字符串，返回一个二进制地址
gethostbyname：接受一个ASCII字符串，含有某台机器的域名，返回一个hostent结构
- hostent结构含有二进制表示的主机IP地址
```
struct hostent{
  char *h_name;
  char **h_aliases;
  int h_addrtype;
  int h_length;
  char **h_addr_list;
}
```
getservbyname:两个参数指明期望的服务和协议。返回servent类型的指针
- servent
```
struct servent{
  char* s_name;
  char** s_aliases;
  int s_port;
  char* s_proto;
}
```
getprotobyname:由协议名返回协议号；返回一个protoent类型结构的地址
- protoent
```
struct protoent{
  char *p_name;
  char **p_aliases;
  char *p_proto;
}
```

TCP客户算法

分配套接字

使用socket函数
将协议和服务分别说明为PF_INET和SOCKET_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<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>
int s;
s = socket(PF_INET,SOCKET_STREAM,0);

选择本地协议端口号

服务器运行于熟知端口，客户不是
客户使用端口规则
- 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熟知服务
客户TCP自动选择本地端口
- connect调用的效果满足上述规则

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
- 如果应用程序随机选择一个IP地址，可能选择一个与IP地址的接口并不匹配的地址
- 可能能够正确工作，但是网络管理困难、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

将TCP套接字连接到服务器上

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
```
retcode = connect(sockfd,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
```
- 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

使用TCP和服务器通信

客户发送请求，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){
  bptr+=n;
  buflen-=n;
}

从TCP连接中读取响应

对send一次调用，对recv循环调用
TCP不保持记录的边界，面向流的概念
可能会分片，并且单独封装传送

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

UDP客户的编程算法

连接和非连接的UDP套接字

一般的UDP套接字

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

连接的UDP通信

客户使用connect调用指明远程端点地址
- 使用SOCK_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

使用UDP和服务器通信

对于一般的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数据报

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接收一个完整的报文，足够大缓存
不需要重复使用recv获得单个报文

针对客户程序的过程库例子

每个客户与服务器建立联系：

选择协议
查找服务器IP地址
查找所期望的服务并将其映射到协议端口号
分配套接字与之连接

connectsock

/* 准备工作 */
#include<sys/types.h>
#include<sys/socket.h>

#include<netinet/in.h>
#include<arpa/inet.h>

#include<netdb.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>

#ifndef INADDR_NONE
#define INADDR_NONE 0xffffffff
#endif

extern int errno;

int errexit(const char *format,...);

/* 函数变量定义 */
int connectsock(const char*host,const char*service,const char*transport)
/*
  Arguments:
    host:name of host to which connection is desired
    service:service associated with the desired port
    transport:name of transport protocol to use("tcp" r "udp")
*/
{
  struct hostent *phe;
  struct servent *pse;
  struct protoent *ppe;
  struct sockaddr_in sin;
  int s,type;

  memset(&sin,0,sizeof(sin));
  sin.sin_family = AF_INET;

  /* 取得端口号 */
  if(pse = getservbyname(service,transport))
    sin.sin_port = pse->s_port;
  else if((sin.sin_port=htons((unsigned short)atoi(service)))==0)
    errexit("can't get \"%s\" service entry\n",service);

  /* 获取IP地址 */
  if (phe = gethostbyname(host))
    memcpy(&sin.sin_addr,phe->h_addr,phe->h_length);
  else if((sin.sin_addr.s_addr=inet_addr(host))==INADDR_NONE)
    errexit("can't get \"%s\" host entry\n",host);

  /* 取得协议类型 */
  if((ppe = getprotobyname(transport))==0)
    erreixt("can't get \"%s\" protocol entry\n",transport);
  
  if(strcmp(transport,"udp")==0)
    type = SOCK_DGRAM;
  else type = SOCK_STREAM;

  /* 构成连接 */
  s = socket(PF_INET,type,ppe->p_proto);
  if(s<0)
    errexit("can't create socket: %s\n",strerror(errno));

  if(connect(s,(struct sockaddr*)&sin,sizeof(sin))<0)
    errexit("can't connect to %s.%s:%s\n",host,service,sterror(errno));
  
  return s;
}

connectTCP

int connectTCP(const char*host,const char*service){
  return connectsock(host,service,"tcp");
}

connectUDP

int connectUDP(const char*host,const char*service)
{
  rerturn connectsock(host,service,"udp");
}

DAYTIME服务

允许用户获得当前的日期和时间
客户程序访问服务器获得信息
- 格式：weekday,month,day,year,time-timezone
可以使用TCP也可以使用UDP实现，协议端口13

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 */
#include<unistd.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
#include<stdio.h>

extern int errno;

int TCPdaytime(const char*host,const char*service);
int errexit(const char *format, ...);
int connectTCP(const char*host,const char*service);

#defince LINELEN 128

int main(int argc,char*argv[]){
  char *host = "localhost";
  char *service = "daytime";

  switch(argc){
    case 1:
          host = "localhost";
          break;
    case 2:
          sevice = argv[2];
    default:
          fprintf(stderr,"usage:TCPdaytime[host[port]]\n");
          exit(1);
  }
  TCPdaytime(host,service);
  exit(0);
}

TCPdaytime(const char*host,const char*service){
  char buf[LINELEN+1];
  int s,n;

  s = connectTCP(host,sevice);
  while((n=read(s,buf,LINELEN))>0){
    buf[n] = '\0';  /* ensure null-terminated */
    (void)fputs(buf,stdout);
  }
}

TCP提供一种流服务，而并不保持记录边界。
- 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
必须要重复调用recv或者read，直到获取所有数据

UDP版本

服务器收到数据报，格式化当前日期、时间，将结果字符串放置到外发数据包中，发送给客户。

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

UDP版本

#include <sys/types.h>
#include<unistd.h>
#include<string.h>
#include<stdio.h>

#define BUFSIZE 64

#define UNIXPOCH 22089888800UL
#define MSG "what time is it?\n"

extern int serrno;

int connectUDP(const char *host,const char *service);
int errexit(const char *format, ...);

int main(int argc,char*argv[]){
  char *host = "localhost";
  char *service = "time";
  time_t now;
  int s,n;

  swicth(argc){
    case 1:
          host = "locahost";
          break;
    case 3:
          service = argv[2];
    case 2:
          host = argv[1]
          break;
    default: 
          fprintf(stderr,"usage: UDPtime[host[port]]\n");
          exit(1);
  }

  s = connectUDP(host,service);

  (void) write(s,MSG,strlen(MSG));

  /* read the time */

  n - read(s,(char*)&now,sizeof(now));

  if(n<0)
    errexit("read failed:%s\n",strerror(errno));
  now =  ntohl((unsigned long)now);
  now -= UNIXEPOCH;
  printf("%s",ctime(&now));
  eixt(0);
}

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，识别选路错误等
TCP ECHO服务：接收连接请求，从连接中读取数据，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，更具数据报指明的端口号和地址，返回整个数据报

分类

标识服务器的位置

分析地址参数

TCP客户算法

分配套接字

选择本地协议端口号

选择本地IP地址的基本问题

将TCP套接字连接到服务器上

使用TCP和服务器通信

从TCP连接中读取响应

关闭TCP连接

UDP客户的编程算法

连接和非连接的UDP套接字

一般的UDP套接字

连接的UDP通信

使用UDP和服务器通信

对于一般的UDP套接字

对于连接的UDP套接字

针对客户程序的过程库例子

connectsock

connectTCP

connectUDP

DAYTIME服务

TCP版本

UDP版本

TIME服务

UDP版本

ECHO服务