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1、网络套接字编程,计算机网络基础,套接字概述,套接字函数,计算机网络基础,为了使网络上的计算机能够彼此识别对方，每台计算机都需要一个IP地址以标识自己。IP地址由IP协议规定的32位的二进制数表示，最新的IPv6协议将IP地址升为128位，这使得IP地址更加广泛，能够很好地解决目前IP地址紧缺的情况，但是IPv6协议距离实际应用还有一段距离。目前，多数操作系统和应用软件都是以32位的IP地址为基准。 32位的IP地址主要分为两部分：前缀和后缀。前缀表示计算机所属的物理网络，后缀确定该网络上的唯一一台计算机。在互联网上，每一个物理网络都有唯一的网络号，根据网络号的不同，可以将IP地址分为5类，即A
2、类、B类、C类、D类和E类。其中，A类、B类和C类属于基本类，D类用于多播发送，E类属于保留。表16.1描述了各类IP地址的范围。,IP地址,在上述IP地址中，有几个IP地址是特殊的，有其单独的用途。,IP地址范围,网络地址：在IP地址中主机地址为0的表示网络地址。例如128.111.0.0 广播地址：在网络号后跟所有位全是1的IP地址，表示广播地址 回送地址：127.0.0.1表示回送地址，用于测试,OSI七层参考模型,地址解析,所谓地址解析是指将计算机的协议地址解析为物理地址，即MAC（Medium Access Control）地址，又称为媒体访问控制地址。通常，在网络上由地址解析协议（
3、ARP）来实现地址解析。,ARP协议解析地址的过程,假设主机A和主机B处于同一个物理网络上，主机A的IP为192.168.1.21，主机B的IP为192.168.1.23，当主机A与主机B进行通信时，主机B的IP地址192.168.1.23将按如下步骤被解析为物理地址。,（1）主机A从本地ARP缓存中查找IP为192.168.1.23对应的物理地址。用户可以在命令窗口中输入“arp -a”命令查看本地ARP缓存,ARP协议解析地址的过程,（2）如果主机A在ARP缓存中没有发现192.168.1.23映射的物理地址，将发送ARP请求帧到本地网络上的所有主机，在ARP请求帧中包含了主机A的物理地址
4、和IP地址。 （3）本地网络上的其他主机接收到ARP请求帧后，检查是否与自己的IP地址匹配，如果不匹配，则丢弃ARP请求帧。如果主机B发现与自己的IP地址匹配，则将主机A的物理地址和IP地址添加到自己的ARP缓存中，然后主机B将自己的物理地址和IP地址发送到主机A，当主机A接收到主机B发来的信息，将以这些信息更新ARP缓存。 （4）当主机B的物理地址确定后，主机A就可以与主机B进行通信了。,域名系统,虽然使用IP地址可以标识网络中的计算机，但是IP地址容易混淆，并且不容易记忆，人们更倾向于使用主机名来标识IP地址。由于在Internet上存在许多的计算机，为了防止主机名相同，Internet管
5、理机构采取了在主机名后加上后缀名的方法标识一台主机，其后缀名被称为域名。例如，，主机名为www，域名为。这里的域名为二级域名，其中com为一级域名，表示商业组织，mingrisoft为本地域名。为了能够利用域名进行不同主机间的通信，需要将域名解析为IP地址，称之为域名解析。域名解析是通过域名服务器来完成的。,TCP/IP协议,TCP/IP（Transmission Control Protocal/Internet Protocal，传输控制协议/网际协议）是互联网上最流行的协议，它能够实现互联网上不同类型操作系统的计算机相互通信。对于网络开发人员，必须了解TCP/IP协议的结构。TCP/IP
6、协议将网络分为4层，分别对应于OSI参考模型的7层结构。下表列出了TCP/IP协议与OSI参考模型的对应关系。,TCP协议,传输控制协议（TCP）是一种提供可靠数据传输的通用协议，它是TCP/IP体系结构中传输层上的协议。在发送数据时，应用层的数据传输到传输层，加上TCP的首部，数据就构成了报文。报文是网际层IP的数据，如果再加上IP首部，就构成了IP数据报。TCP协议C语言数据描述如下：,typedef struct HeadTCP WORD SourcePort; /*16位源端口号*/ WORD DePort; /*16位目的端口*/ DWORD SequenceNo; /*32位序号*
7、/ DWORD ConfirmNo; /*32位确认序号*/ BYTE HeadLen; /*与Flag为一个组成部分, 首部长度,占4位,保留6位,6位标识,共16位*/ BYTE Flag; WORD WndSize; /*16位窗口大小*/ WORD CheckSum; /*16位校验和*/ WORD UrgPtr; /*16位紧急指针*/ HEADTCP;,IP协议,IP协议又称为网际协议。它工作在网络层，主要提供无链接数据报传输。IP协议不保证数据报的发送，但可以最大限度地发送数据。IP协议C语言数据描述如下：,typedef struct HeadIP unsigned char
8、headerlen:4; /*首部长度,占4位*/ unsigned char version:4; /*版本,占4位 */ unsigned char servertype; /*服务类型,占8位,即1个字节*/ unsigned short totallen; /*总长度,占16位*/ unsigned short id; /*与idoff构成标识,共占16位,前3位是标识,后13位是片偏移*/ unsigned short idoff; unsigned char ttl; /*生存时间,占8位*/ unsigned char proto; /*协议,占8位*/ unsigned sho
9、rt checksum; /*首部检验和,占16位*/ unsigned int sourceIP; /*源IP地址,占32位*/ unsigned int destIP; /*目的IP地址,占32位*/ HEADIP;,ICMP协议,ICMP协议又称为网际控制报文协议。它负责网络上设备状态的发送和报文检查，可以将某个设备的故障信息发送到其他设备上。ICMP协议C语言数据描述如下：,typedef struct HeadICMP BYTE Type; /*8位类型*/ BYTE Code; /*8位代码*/ WORD ChkSum; /*16位校验和*/ HEADICMP;,UDP协议,用户数
10、据报协议（UDP）是一个面向无连接的协议，采用该协议，两个应用程序不需要先建立连接，它为应用程序提供一次性的数据传输服务。UDP协议不提供差错恢复，不能提供数据重传，因此该协议传输数据安全性略差。UDP协议C语言数据描述如下：,typedef struct HeadUDP WORD SourcePort; /*16位源端口号*/ WORD DePort; /*16位目的端口*/ WORD Len; /*16为UDP长度*/ WORD ChkSum; /*16位UDP校验和*/ HEADUDP;,端口,在网络上，计算机是通过IP地址来标识自己的，但是当涉及到两台计算机具体通信时，还会出现一个问题
11、。假设主机A中的应用程序A1想与主机B中的应用程序B1通信，如果知道主机A中的是A1应用程序与主机B中的应用程序通信，而不是主机A中的其他应用程序与主机B中的应用程序通信，则当主机B接收到数据时，它如何知道数据是发往应用程序B1的呢？这是因为在主机B中可以同时运行多个应用程序。 为了解决上述问题，TCP/IP协议提出了端口的概念，用于标识通信的应用程序。当应用程序（严格说应该是进程）与某个端口绑定后，系统会将收到的给该端口的数据送往该应用程序。端口是用一个16位的无符号整数值来表示的，范围为065535，低于256的端口被作为系统的保留端口，用于系统进程的通信，不在这一范围的端口号被称为自由端
12、口，可以由进程自由使用。,套接字的引入,为了更方便地开发网络应用程序，美国的伯克利大学在UNIX上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用套接字（socket）。socket的出现，使得程序员可以很方便地访问TCP/IP，从而开发各种网络应用的程序。后来，套接字被引进到Windows等操作系统，成为开发网络应用程序的有效工具。 套接字存在于通信区域中，通信区域也称为地址族，主要用于将通过套接字通信的进程的公有特性综合在一起。套接字通常只与同一区域的套接字交换数据。Windows Sockets只支持一个通信区域AF_INET网际域，使用网际协议族通信的进程使用该域。,网络字节顺序,不同的计
13、算机存放多字节值的顺序不同，有的机器在起始地址存放低位字节，有的机器在起始地址存放高位字节。基于Intel CPU的PC机采用低位先存的方式。为了保证数据的正确性，在网络协议中需要指定网络字节顺序，TCP/IP协议使用16位整数和32位整数的高位先存格式。由于不同的计算机存放数据字节的顺序不同，这样发送数据后当接收到该数据时，也有可能无法查看所接收到的数据。因此，在网络中不同主机间进行通信时，要统一采用网络字节顺序。,套接字概述,所谓套接字，实际上是一个指向传输提供者的句柄。在WinSock中，就是通过操作该句柄来实现网络通信和管理的。根据性质和作用的不同，套接字可以分为3种，分别为原始套接字
14、、流式套接字和数据包套接字。,套接字概述,原始套接字：在原始套接字下接收的数据中包含IP头 流式套接字：大家熟悉的TCP协议采用的就是流式套接字 数据包套接字：UDP协议采用的就是数据包套接字,基于TCP面向连接的socket编程的服务器端程序流程如下：,TCP的套接字的socket编程,（1）创建套接字socket。 （2）将创建的套接字绑定（bind）到本地的地址和端口上。 （3）设置套接字的状态为监听状态（listen），准备接受客户端的连接请求。 （4）接受请求（accpet），同时返回得到一个用于连接的新套接字。 （5）使用这个新套接字进行通信（通信函数使用send/recv）。 （
15、6）通信完毕，释放套接字资源（closesocket）。,基于TCP面向连接的socket编程的客户端程序流程如下：,TCP的套接字的socket编程,（1）创建套接字socket。 （2）向服务器发出连接请求（connect）。 （3）请求连接后与服务器进行通信操作（send/recv）。 （4）释放套接字资源（closesocket）。,在服务器端要建立套接字绑定到指定的主机IP和端口上等待客户的请求，但是对于客户端来说，当发起连接请求并被接受后，在服务器端就保存了该客户端的IP地址和端口号的信息。对于服务器端来说，一旦建立连接之后，实际上它已经保存了客户端的IP地址和端口号的信息了，因此
16、可以利用返回的套接字进行与客户端的通信,基于UDP面向无连接的socket编程的发送端程序流程如下：,UDP的套接字的socket编程,（1）创建套接字socket。 （2）将套接字绑定（bind）到一个本地地址和端口上。 （3）等待接收数据（recvfrom）。 （4）释放套接字资源（closesocket）。,基于UDP面向无连接的socket编程的接收端程序流程如下：,UDP的套接字的socket编程,（1）创建套接字socket。 （2）向服务器发送数据（sendto）。 （3）释放套接字资源（closesocket）。,在基于UDP的套接字编程中，还是需要使用bind进行绑定。因为虽然面向无连接的socket编程无须建立连接，但是为了完成通信，首先应该启动接收端来接收发送端发送的数据，这样接收端就必须告诉它的地址和端口，才能接受信息。因此，必须调用bind函数将套接字绑定到一个本地地址和
