20191317王鹏宇第十三章学习笔记

第13章:TCP/IP和网络编程

知识点归纳总结

本章论述了TCP/IP和网络编程,分为两个部分。第一部分论述了 TCP/IP协议及其应用,具体包括TCP/IP栈、IP地址、主机名、DNS、IP数据包和路由器;介绍了 TCP/IP网 络中的UDP和TCP协议、端口号和数据流;阐述了服务器-客户机计算模型和套接字编程 接口;通过使用UDP和TCP套接字的示例演示了网络编程。

第二部分介绍了 Web和CGI编程,解释了HTTP编程模型、Web页面和Web浏览器;展示了如何配置Linux HTTPD服务器来支持用户Web页面、PHP和CG1编程;阐释了客户机和服务器端动态Web页面;演示了如何使用PHP和CGI创建服务器端动态Web 页面。第二个编程项目可让读者在Linux HTTPD服务器上通过CGI编程实现服务器端动态Web页面。


其中让我最有收获的几个部分如下:

  • TCP/IP协议
  • 路由器
  • UDP
  • 网络和主机字节序
  • TCP/IP网络中的数据流
  • 网络编程
  • 套接字编程


TCP/IP协议

TCP/IP (Comer 1988, 2001; RFC1180 1991 )是互联网的基础。TCP代表传输控制协议。IP代表互联网协议。目前有两个版本的IP,即IPv4和IPv6o IPv4使用32位地址,IPv6则使用128位地址。本节围绕IPv4进行讨论,它仍然是目前使用最多的IP版本。TCP/IP的组织结构分为几个层级,通常称为TCP/IP堆栈,图13.1所示为TCP/IP的各个层级以及每一层级的代表性组件及其功能。

TCP/IP中的数据流路径


套接字编程

struct sockaddr_in {
    sa_family_t sin_family; 
    in_port_t sin_port; 
    struct in_addr sin_addr;
};
struct in_addr {
    uint32_t s_addr;
}

- TCP/IP 网络的 sin_family 始终设置为 AF_INET。 - sm_port包含按网络字节顺序排列的端口号。 - sin_addr是按网络字节顺序排列的主机IP地址。 ---

套接字 API

服务器必须创建一个套接字,并将其与包含服务器IP地址和端口号的套接字地址绑定。它可以使用一个固定端口号,或者让操作系统内核选择一个端口号(如果sin_port为 0)o为了与服务器通信,客户机必须创建一个套接字。对于UPD套接字,可以将套接字绑定到服务器地址。如果套接字没有绑定到任何特定的服务器,那么它必须在后续的sendto()/ recvfromO调用中提供一个包含服务器IP和端口号的套接字地址。下面给出了socket系统调用,它创建一个套接字并返回一个文件描述符。
1,int套接字(int域,int类型,int协议)
示例:
int udp_sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0);:将会创建一个用于发送/接收UDP数据报的套接字。
int tcp_sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);:将会创建一个用于发送/接收数据流的面向连接的TCP套接字c
新创建的套接字没有任何相联地址c它必须与主机地址和端口号绑定,以识别接收主机或发送主机:这通过bind系统调用来完成。

  1. int bind(int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen)
    bind()系统调用将addr指定的地址分配给文件描述符sockfd所引用的套接字addrlen 指定addr所指向地址结构的大小(以字节为单位)。对于用于联系其他UDP服务器主机的UDP套接字,必须绑定到客户机地址,允许服务器发回应答。对于用于接收客户机连接的TCP套接字,必须先将其绑定到服务器主机地址。
  1. UDP套接字
    UDP套接字使用scndto()/recvfrom()来发送/接收数据报。
aendto(int aockfdr const void *bufr size.t len, lot flags,
              const struct sockaddr •de8t_addrf socklen_t addrlen)|
asize_t recvfrora(int sock£d, void *buf, aiza_t len, int flags, 
              struct sockaddr *Btc_addr, aocklen_t *addrlen};

sendto()将缓冲区中的len字节数据发送到由dest_addr标识的目标主机,该目标主机包含目标主机IP和端口号。recvfrom()从客户机主机接收数据。除了数据之外,它还用客户机的IP和端口号填充src_addr,从而允许服务器将应答发送回客户机:

  1. TCP套接字
    在创建套接字并将其绑定到服务器地址之后,TCP服务器使用listen()和acccpt()来接 收来自客户机的连接
    int Iistcn(int sockfd, int backlog);
    listen()将sockfd引用的套接字标记为将用于接收连入连接的套接字。backlog参数定义了等 待连接的最大队列长度。
    int accept(int sockfd, struct sockaddr *addr, sockien_t *addrlen);
    accept()系统调用与基于连接的套接字一起使用。它提取等待连接队列上的第一个连接请求 用于监听套接字sockfd,创建一个新的连接套接字,并返回一个引用该套接字的新文件描 述符,与客户机主机连接。在执行accept()系统调用时,TCP服务器阻塞,直到客户机通过 coimectO建立连接。
    int connect(int sockfd, const struct sockaddr *addr, socklen t addrlen);
    connect()系统调用将文件描述符sockfd引用的套接字连接到addr指定的地址,addrlen参数 指定addr的大小。addr中的地址格式由套接字sockfd的地址空间决定。
    如果套接字sockfd是SOCK_DGRAM类型,即UDP套接字,addr是发送数据报的默 认地址,也是接收数据报的唯一地址。这会限制UDP套接字与特定UDP主机的通信,但 实际上很少使用。所以对于UDP套接字来说,连接是可选的或不必要的。如果套接字是 SOCK_STREAM类型,即TCP套接字,connect()调用尝试连接到绑定到addr指定地址的 套接字C
  1. send()/read()以及 recv/write()
    建立连接后,两个TCP主机都可以使用send()/write()发送数据,并使用recv()/read。 接收数据。它们唯一的区别是send。和recv()中的nag参数不同,通常情况下可以将其设置为0。
ssize_t send(int Bockfd, const void *bufr size.t len« int flags);
ssize_t write(sockfd, void *buf, aize_t, len)
ssizo_t recv(int sockfd, void *buf# size_t len, int flags);
ssize_t read(sockfd, void *buf, size_t len);

UDP回显服务器-客户机程序
服务器端代码:

/**********UDPserver.c**********/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>

#define BUFLEN 256 // max length of buffer 
#define PORT	1234 // fixed server port number

char line[BUFLEN];
struct sockaddr_in me, client; 
int sock, rlen, clen = sizeof(client);

int main()
{
    printf("1. create a UDP socket\n");
    sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    printf ("2. fill me with server address and port nximber\n"); memset((char *)&me, 0, sizeof(me));
    me.sin_family = AF_INET;
    me.sin_port = htons(PORT);
    me.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // use localhost
    printf("3. bind socket to server IP and port\n");
    bind(sock, (struct sockaddr*)&me, sizeof(me));
    printf("4. wait for datagram\n");

    while(1)
    {
        memset(line, 0, BUFLEN);
        printf("UDP server: waiting for datagram\n");
        // recvfrom() gets client IP, port in sockaddr_in clinet 
        rlen=recvfrom(sock,line,BUFLEN,0,(struct sockaddr *)&client,&clen); 
        printf("received a datagram from [host:port] = [%s:%d]\n", inet_ntoa(client.sin_addr), ntohs(client.sin_port)); 
        printf("rlen=%d: line=%s\n", rlen, line);
        printf("send reply\n");
        sendto(sock, line, rlen, 0, (struct sockaddr*)&client, clen);
    }
}

客户端代码:

/**********UDPclint.c**********/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>

#define SERVER_HOST "81.70.18.119" //
#define SERVER_PORT 1234
#define BUFLEN       256

char line[BUFLEN];
struct sockaddr_in server;
int sock, rlen, slen=sizeof(server);

int main()
{
    printf("1. create a UDP socket\n");
    sock = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
    printf("2. fill in server address and port number\n");
    memset((char *) &server, 0, sizeof(server));
    server.sin_family = AF_INET;
    server.sin_port = htons(SERVER_PORT);
    inet_aton(SERVER_HOST, &server.sin_addr);

    while(1) 
    { 
        printf("Enter a line :"); 
        fgets(line, BUFLEN, stdin); 
        line[strlen(line)-1] = 0; 
        printf("send line to server\n");
        sendto(sock,line,strlen(line),0,(struct sockaddr *)&server,slen);
        memset(line, 0, BUFLEN);
        printf("try to receive a line from server\n");
        rlen-recvfrom(sock,line,BUFLEN,0,(struct sockaddr*)&server,&slen); 
        printf("rlen=%d: line=%s\n", rlen, line);
    }
}

实践截图

TCP回显服务器-客户机程序

TCP客户端代码:

/**********TCPserver.c**********/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>

#define MAX  256
#define SERVER_HOST "localhost"
#define SERVER_PORT 1234
struct sockaddr_in server_addr;
int sock,r;

int client_init()
{
    printf("======= clinet init ==========\n"); 
    printf ("1 : create a TCP socket\n");
    sock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
    if (sock<0)
    {
        printf("socket call failed\n"); exit(1);
    }
    printf("2 : fill server_addr with server's IP and P0RT#\n"); 
    server_addr.sin_family = AF_INET; 
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // localhost 
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT); // server port number    
    printf("3 : connecting to server ....\n");
    r = connect (sock, (struct sockaddr*)&server_addr, sizeof (server_addr)); 
    if (r < 0)
    {
        printf("connect failed\n"); exit(3);
    }

    printf("4 : connected OK to\n");
    printf ("-------------------------------------------------\n");
    printf("Server hostname=%s PORT=%d\n", SERVER_HOST, SERVER_PORT); 
    printf ("-------------------------------------------------\n");
    printf("========= init done ==========\n");
}

int main()
{
    int n; 
    char line[MAX], ans[MAX];
    client_init();
    printf("***processing  loop *********\n");
    while (1)
    {
        printf("input a line :");
        bzero(line, MAX);
        fgets(line, MAX, stdin);
        line[strlen(line)-1] = 0;
        if (line[0]==0) 
            exit(0);
        n = write(sock,line,MAX);
        printf("client:wrote n=%d bytes;line=%s\n", n, line);
        n = read(sock,ans,MAX);
        printf("client:read n=%d bytes;line=%s\n", n, ans);
    }
}
    

TCP服务器端代码:

/**********TCPserver.c**********/
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/ip.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <netdb.h>

#define MAX  256
#define SERVER_HOST "localhost"
#define SERVER_IP "81.70.18.119"
#define SERVER_PORT 1234

struct sockaddr_in server_addr, client_addr;
struct in_addr client_addr_tranform;
int  mysock, csock;
int  r, len, n;

int server_init ()
{
    printf("================== server init ======================\n"); // create a TCP socket by socket() syscall
    printf("1 : create a TCP STREAM socket\n");
    mysock = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0); 
    if (mysock < 0)
    {
        printf("socket call failed\n");
        exit(1);
    }
    printf("2 : fill server_addr with host IP and PORT# info\n");
    // initialize the server_addr structure
    server_addr.sin_family = AF_INET;	// for TCP/IP
    server_addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY); // This HOST IP 
    server_addr.sin_port = htons(SERVER_PORT);	// port number 1234
    printf("3 : bind socket to server address\n");
    r = bind(mysock,(struct sockaddr*)&server_addr,sizeof(server_addr)); 
    if (r < 0)
    {
        printf("bind failed\n"); 
        exit(3);
    }
    printf(" hostname = %s port = %d\n", SERVER_HOST, SERVER_PORT); 
    printf("4 : server is listening ....\n");
    listen(mysock, 5); // queue length = 5
    printf("=================== init done =======================\n"); 
}

int main()
{
    char line[MAX];
    server_init();
    client_addr_tranform.s_addr = client_addr.sin_addr.s_addr;
    while(1)	// Try to accept a client request
    {
        printf("server: accepting new connection ....\n");
        // Try to accept a client connection as descriptor newsock 
        len = sizeof(client_addr);
        csock = accept(mysock, (struct sockaddr *)&client_addr, &len);
        if (csock < 0)
        {
            printf("server: accept error\n"); exit(1);
        }
        printf("server: accepted a client connection from\n");
        printf ("-----------------------------------------\n");
        printf("Clinet: IP=%s port=%d\n", inet_ntoa(client_addr_tranform), ntohs(client_addr.sin_port));
        printf ("-----------------------------------------\n");
        while(1) 
        {
            n = read(csock, line, MAX);
            if (n==0)
            {
                printf("server: client died, server loops\n"); close(csock);
                break; 
            }
            printf("server: read n=%d bytes; line=%s\n", n, line); // echo line to client
            n = write(csock, line, MAX);
            printf("server:wrote n=%d bytes; ECHO=%s\n", n, line); 
            printf("server:ready for next request\n");
        }
    }
}

实践截图

posted @ 2021-11-28 16:11  Azraël  阅读(12)  评论(0编辑  收藏  举报