Linux_Unix网络编程指南(Socket 编程)

Linux/Unix网络编程指南(Socket编程)什么是socket？你始终听到人们谈论着socket，而你不知道他的确切含义。那么，现在我告诉你：他是使用Unix文件描述符(filedescriptor)和其他程序通讯的方式。什么？Ok--你也许听到一些Unix高手(hacker)这样说：“Unix中所有的东西就是文件！”那个家伙也许正在说到一个事实：Unix程序在执行任何形式的I/O的时候，程序是在读或者写一个文件描述符。一个文件描述符只是一个和打开的文件相关联的整数。但是(注意后面的话)，这个文件可能是一个网络连接，FIFO，管道，终端，磁盘上的文件或者什么其他的东西。Unix中所有的东西是文件！因此，你想和Internet上别的程序通讯的时候，你将要通过文件描述符。最好相信刚才的话。现在你脑海中或许冒出这样的念头：“那么我从哪里得到网络通讯的文件描述符呢，聪明人？”无论如何，我要回答这个问题：你利用系统调用socket()。他返回套接口描述符(socketdescriptor)，然后你再通过他来调用send()和recv()。“但是...”，你可能现在叫起来，“如果他是个文件描述符，那么为什么不用一般的调用read()和write()来通过套接口通讯？”简单的答案是：“你可以使用一般的函数！”。详细的答案是：“你可以，但是使用send()和recv()让你更好的控制数据传输。”有这样一个事实：在我们的世界上，有很多种套接口。有DARPAInternet地址(Internet套接口)，本地节点的路径名(Unix套接口)，CCITTX.25地址(你可以完全忽略X.25套接口)。也许在你的Unix机器上还有其他的。我们在这里只讲第一种：Internet套接口。--------------------------------------------------------------------------------Internet套接口的两种类型什么意思？有两种Internet套接口？是的。不，我在撒谎。其实还有很多，但是我可不想吓着你。我们这里只讲两种。Exceptforthissentence,whereI'mgoingtotellyouthatRawSocketsarealsoverypowerfulandyoushouldlookthemup.那两种类型是什么呢？一种是StreamSockets，另外一种是DatagramSockets。我们以后谈到他们的时候也会用到SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM。数据报套接口有时也叫“无连接套接口”，如果你确实要连接的时候用connect()。流式套接口是可靠的双向通讯的数据流。如果你向套接口按照顺序输出“1，2”，那么他们将按照顺序“1，2”到达另一边。他们也是无错误的传递的，有自己的错误控制。有谁在使用流式套接口？你可能听说过telnet，不是吗？他就使用流式套接口。你需要你所输入的字符按顺序到达，不是吗？同样，协议也使用他们。实际上，当你通过端口80端口telnet到一个站点，然后输入“GETpagename”的时候，你也可以得到HTML的内容。为什么流式套接口可以达到高质量的数据传输？他使用了“传输控制协议(TheTransmissionControlProtocol)”，也叫“TCP”(请参考RFC-793获得详细资料。)TCP控制你的数据按顺序到达并且没有错误。你也许听到“TCP”是因为听到过“TCP/IP”。这里的IP是指“Internet协议”(请参考RFC-791.)IP只是处理Internet路由而已。那么数据报套接口呢？为什么他叫无连接呢？为什么他是不可靠的呢？恩，有这样的事实：如果你发送一个数据报，他可能到达，他可能次序颠倒了。如果他到达，那么在这个包的内部是无错误的。数据报也使用IP作路由，但是他不选择TCP。他使用“用户数据报协议(UserDatagramProtocol)”，也叫“UDP”(请参考RFC-768.)为什么他们是无连接的呢？主要原因是因为他并不象流式套接口那样维持一个连接。你只要建立一个包，在目标信息中构造一个IP头，然后发出去。不需要连接。应用程序有：tftp,bootp等等。“够了！”你也许会想，“如果数据丢失了这些程序如何正常工作？”我的朋友，每个程序在UDP上有自己的协议。例如，tftp协议每发出一个包，收到者发回一个包来说“我收到了！”(一个“命令正确应答”也叫“ACK”包)。如果在一定时间内(例如5秒)，发送方没有收到应答，他将重新发送，直到得到ACK。这一点在实现SOCK_DGRAM应用程序的时候非常重要。--------------------------------------------------------------------------------网络理论既然我刚才提到了协议层，那么现在是讨论网络究竟如何工作和演示SOCK_DGRAM的工作。当然，你也可以跳过这一段，如果你认为已经熟悉的话。朋友们，现在是学习数据封装(DataEncapsulation)的时候了！这非常非常重要。It'ssoimportantthatyoumightjustlearnaboutitifyoutakethenetworkscoursehereatChicoState;-).主要的内容是：一个包，先是被第一个协议(在这里是TFTP)包装(“封装”)，然后，整个数据(包括TFTP头)被另外一个协议(在这里是UDP)封装，然后下一个(IP)，一直重复下去，直到硬件(物理)层(Ethernet)。当另外一台机器接收到包，硬件先剥去Ethernet头，内核剥去IP和UDP头，TFTP程序再剥去TFTP头，最后得到数据。现在我们终于讲到臭名远播的网络分层模型(LayeredNetworkModel)。这种网络模型在描述网络系统上相对其他模型有很多优点。例如，你可以写一个套接口程序而不用关心数据的物理传输(串行口，以太网，连接单元接口(AUI)还是其他介质。因为底层的程序为你处理他们。实际的网络硬件和拓扑对于程序员来说是透明的。不说其他废话了，我现在列出整个层次模型。如果你要参加网络考试，可一定要记住：应用层(Application)表示层(Presentation)会话层(Session)传输层(Transport)网络层(Network)数据链路层(DataLink)物理层(Physical)物理层是硬件(串口，以太网等等)。应用层是和硬件层相隔最远的--他是用户和网络交互的地方。这个模型如此通用，如果你想，你可以把他作为修车指南。把他应用到Unix，结果是:应用层(ApplicationLayer)(telnet,ftp,等等)传输层(Host-to-HostTransportLayer)(TCP,UDP)Internet层(InternetLayer)(IP和路由)网络访问层(NetworkAccessLayer)(网络层，数据链路层和物理层)现在，你可能看到这些层次如何协调来封装原始的数据了。看看建立一个简单的数据包有多少工作？哎呀，你将不得不使用cat来完成他们！简直是笑话。对于流式套接口你要作的是send()发送数据。对于数据报式套接口你按照你选择的方式封装数据然后用sendto()。内核将为你建立传输层和Internet层，硬件完成网络访问层。这就是现代科技。现在结束我们的网络理论速成班。哦，忘记告诉你关于路由的事情了。但是我不准备谈他。如果你真的想知道，那么参考IPRFC。如果你从来不曾了解他，也没有关系，你还活着不是吗。--------------------------------------------------------------------------------structs终于到达这里了，终于谈到编程了。在这章，我将谈到被套接口用到的各种数据类型。因为他们中的一些太重要了。首先是简单的一个：socketdescriptor。他是下面的类型：int。仅仅是一个常见的int。从现在起，事情变得不可思议了。请跟我一起忍受苦恼吧。注意这样的事实：有两种字节排列顺序：重要的字节在前面(有时叫octet)，或者不重要的字节在前面。前一种叫“网络字节顺序(NetworkByteOrder)”。有些机器在内部是按照这个顺序储存数据，而另外一些则不然。当我说某数据必须按照NBO顺序，那么你要调用函数(例如htons())来将他从本机字节顺序(HostByteOrder)转换过来。如果我没有提到NBO，那么就让他是本机字节顺序吧。我的第一个结构(TM)--structsockaddr.这个数据结构为许多类型的套接口储存套接口地址信息：structsockaddr{unsignedshortsa_family;/*addressfamily,AF_xxx*/charsa_data[14];/*14bytesofprotocoladdress*/};sa_family能够是各种各样的事情，但是在这篇文章中是AF_INET。sa_data为套接口储存目标地址和端口信息。看上去很笨拙，不是吗。为了对付structsockaddr，程序员创造了一个并列的结构：structsockaddr_in(in代表Internet.)structsockaddr_in{shortintsin_family;/*Addressfamily*/unsignedshortintsin_port;/*Portnumber*/structin_addrsin_addr;/*Internetaddress*/unsignedcharsin_zero[8];/*Samesizeasstructsockaddr*/};这个数据结构让可以轻松处理套接口地址的基本元素。注意sin_zero(他被加入到这个结构，并且长度和structsockaddr一样)应该使用函数bzero()或memset()来全部置零。Also,andthisistheimportantbit,apointertoastructsockaddr_incanbecasttoapointertoastructsockaddrandvice-versa.这样的话即使socket()想要的是structsockaddr*，你仍然可以使用structsockaddr_in，andcastitatthelastminute!同时，注意sin_family和structsockaddr中的sa_family一致并能够设置为AF_INET。最后，sin_port和sin_addr必须是网络字节顺序(NetworkByteOrder)！你也许会反对道：但是，怎么让整个数据结构structin_addrsin_addr按照网络字节顺序呢?要知道这个问题的答案，我们就要仔细的看一看这个数据结构：structin_addr,有这样一个联合(unions)：/*Internetaddress(astructureforhistoricalreasons)*/structin_addr{unsignedlongs_addr;};他曾经是个最坏的联合，但是现在那些日子过去了。如果你声明ina是数据结构structsockaddr_in的实例，那么ina.sin_addr.s_addr就储存4字节的IP地址(网络字节顺序)。如果你不幸的系统使用的还是恐怖的联合structin_addr，你还是可以放心4字节的IP地址是和上面我说的一样(这是因为#define。)--------------------------------------------------------------------------------ConverttheNatives!我们现在到达下个章节。我们曾经讲了很多网络到本机字节顺序，现在是采取行动的时刻了！你能够转换两种类型：sh