Linux下的Socket网络编程：一个简易聊天室的实现-徐慧军

高级程序设计与应用实践报告一个简易聊天室的实现姓名：徐慧军学号：2121134专业：电子与通信工程学院：信息科学与技术学院任课教师：廖晓飞2013年05月02日Linux下的Socket网络编程：——一个简易聊天室的实现一、socket介绍socket接口是TCP/IP网络的API，socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解socket接口。socket接口设计者最先是将接口放在Unix操作系统里面的。如果了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解socket了。网络的socket数据传输是一种特殊的I/O，socket也是一种文件描述符。socket也具有一个类似于打开文件的函数调用socket()，该函数返回一个整型的socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过该socket实现的。常用的socket类型有两种：流式socket（SOCK_STREAM）和数据报式socket（SOCK_DGRAM）。流式是一种面向连接的socket，针对于面向连接的TCP服务应用；数据报式socket是一种无连接的socket，对应于无连接的UDP服务应用。二、Socket创建socket函数原型为：#includesys/types.h#includesys/socket.hintsocket(intdomain,inttype,intprotocol);功能：调用成功，返回socket文件描述符；失败，返回－1，并设置errno参数说明：domain指明所使用的协议族，通常为PF_INET，表示互联网协议族（TCP/IP协议族；type参数指定socket的类型：SOCK_STREAM提供有序、可靠、双向及基于连接的字节流SOCK_DGRAM支持数据报SOCK_SEQPACKET提供有序、可靠、双向及基于连接的数据报通信SOCK_RAW提供对原始网络协议的访问SOCK_RDM提供可靠的数据报层，但是不保证有序性protocol通常赋值0.socket描述符是一个指向内部数据结构的指针，它指向描述符表入口。调用socket函数时，socket执行体将建立一个socket，实际上建立一个socket意味着为一个socket数据结构分配存储空间。socket执行体为你管理描述符表。两个网络程序之间的一个网络连接包括五种信息：通信协议、本地协议地址、本地主机端口、远端主机地址和远端协议端口。socket数据结构中包含这五种信息。三、Socket邦定bind函数原型为：#includesys/types.h#includesys/socket.hintbind(intsock_fd,structsockaddr*my_addr,intaddrlen);功能说明：将套接字和指定的端口相连。成功返回0，否则，返回－1，并置errno.参数说明：sock_fd是调用socket函数返回的socket描述符,my_addr是一个指向包含有本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针；addrlen常被设置为sizeof(structsockaddr)。structsockaddr结构类型是用来保存socket信息的：structsockaddr{unsignedshortsa_family;/*地址族，AF_xxx*/charsa_data[14];/*14字节的协议地址*/};sa_family一般为AF_INET，代表Internet（TCP/IP）地址族；sa_data则包含该socket的IP地址和端口号。另外还有一种结构类型：structsockaddr_in{shortintsin_family;/*地址族*/unsignedshortintsin_port;/*端口号*/structin_addrsin_addr;/*IP地址*/unsignedcharsin_zero[8];/*填充0以保持与structsockaddr同样大小*/};这个结构更方便使用。sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到与structsockaddr同样的长度，可以用bzero()或memset()函数将其置为零。指向sockaddr_in的指针和指向sockaddr的指针可以相互转换，这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时，你可以在函数调用的时候将一个指向sockaddr_in的指针转换为指向sockaddr的指针；或者相反。使用bind函数时，可以用下面的赋值实现自动获得本机IP地址和随机获取一个没有被占用的端口号：my_addr.sin_port=0;/*系统随机选择一个未被使用的端口号*/my_addr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;/*填入本机IP地址*/通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动为你选择一个未占用的端口来使用。同样，通过将my_addr.sin_addr.s_addr置为INADDR_ANY，系统会自动填入本机IP地址。注意在使用bind函数是需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序。计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先和低位字节优先(大端和小端)。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，所以对于在内部是以低位字节优先方式存储数据的机器，在Internet上传输数据时就需要进行转换，否则就会出现数据不一致。下面是几个字节顺序转换函数：·htonl()：把32位值从主机字节序转换成网络字节序·htons()：把16位值从主机字节序转换成网络字节序·ntohl()：把32位值从网络字节序转换成主机字节序·ntohs()：把16位值从网络字节序转换成主机字节序Bind()函数在成功被调用时返回0；出现错误时返回-1并将errno置为相应的错误号。需要注意的是，在调用bind函数时一般不要将端口号置为小于1024的值，因为1到1024是保留端口号，你可以选择大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。四、连接面向连接的客户程序使用connect函数来配置socket并与远端服务器建立一个TCP连接，其函数原型为：#includesys/types.h#includesys/socket.hintconnect(intsock_fd,structsockaddr*serv_addr,intaddrlen);功能说明：客户端发送服务请求。成功返回0，否则返回－1，并置errno。参数说明：sock_fd是socket函数返回的socket描述符；serv_addr是包含远端主机IP地址和端口号的指针；addrlen是远端地质结构的长度。进行客户端程序设计无须调用bind()，因为这种情况下只需知道目的机器的IP地址，而客户通过哪个端口与服务器建立连接并不需要关心，socket执行体为你的程序自动选择一个未被占用的端口，并通知你的程序数据什么时候到端口。connect函数启动和远端主机的直接连接。只有面向连接的客户程序使用socket时才需要将此socket与远端主机相连。无连接协议从不建立直接连接。面向连接的服务器也从不启动一个连接，它只是被动的在协议端口监听客户的请求。五、监听listen函数使socket处于被动的监听模式，并为该socket建立一个输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。intlisten(intsock_fd，intbacklog);功能说明：等待指定的端口的出现客户端连接。调用成功返回0，否则，返回－1，并置errno.参数说明：sock_fd是socket系统调用返回的socket描述符；backlog指定在请求队列中允许的最大请求数，进入的连接请求将在队列中等待accept()它们（参考下文）。Backlog对队列中等待服务的请求的数目进行了限制，大多数系统缺省值为20。如果一个服务请求到来时，输入队列已满，该socket将拒绝连接请求，客户将收到一个出错信息。六、接受accept()函数让服务器接收客户的连接请求。在建立好输入队列后，服务器就调用accept函数，然后睡眠并等待客户的连接请求。intaccept(intsock_fd,void*addr,int*addrlen);功能说明：用于接受客户端的服务请求，成功返回新的套接字描述符，失败返回－1，并置errno。参数说明：sock_fd是被监听的socket描述符，addr通常是一个指向sockaddr_in变量的指针，该变量用来存放提出连接请求服务的主机的信息（某台主机从某个端口发出该请求）；addrten通常为一个指向值为sizeof(structsockaddr_in)的整型指针变量。出现错误时accept函数返回-1并置相应的errno值。首先，当accept函数监视的socket收到连接请求时，socket执行体将建立一个新的socket，执行体将这个新socket和请求连接进程的地址联系起来，收到服务请求的初始socket仍可以继续在以前的socket上监听，同时可以在新的socket描述符上进行数据传输操作。七、数据传输send()和recv()这两个函数用于面向连接的socket上进行数据传输。send()函数原型为：size_tsend(intsock_fd,constvoid*msg,intlen,intflags);功能说明：发送数据。成功返回实际反送的数据的字节数。失败返回－1，并置errno.参数说明：sock_fd是你想用来传输数据的socket描述符；msg是一个指向要发送数据的指针；len是以字节为单位的数据的长度；flags一般情况下置为0（关于该参数的用法可参照man手册）。send()函数返回实际上发送出的字节数，可能会少于你希望发送的数据。在程序中应该将send()的返回值与欲发送的字节数进行比较。当send()返回值与len不匹配时，应该对这种情况进行处理。char*msg=Hello!;intlen,bytes_sent;……len=strlen(msg);bytes_sent=send(sockfd,msg,len,0);……recv()函数原型为：intrecv(intsock_fd,void*buf,intlen,unsignedintflags);功能说明：接受数据，成功返回0，否则，返回－1，并设置errno。参数说明：sock_fd是接受数据的socket描述符；buf是存放接收数据的缓冲区；len是缓冲的长度。flags也被置为0。recv()返回实际上接收的字节数.sendto()和recvfrom()用于在无连接的数据报socket方式下进行数据传输。由于本地socket并没有与远端机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址。sendto()函数原型为：intsendto(intsockfd,constvoid*msg,intlen,unsignedintflags,conststructsockaddr*to,inttolen);该函数比send()函数多了两个参数，to表示目地机的IP地址和端口号信息，而tolen常常被赋值为sizeof(structsockaddr)。sendto函数也返回实际发送的数据字节长度或在出现发送错误时返回-1。recvfrom()函数原型为：intrecvfrom(intsockfd,void*buf,intlen,unsignedintflags,structsockaddr*from,int*fromlen);from是一个structsockaddr类型的变量，该变量保存源机的IP地址及端口号。fromlen常置为sizeof(structsockaddr)。当recvfrom()返回时，fromlen包含实际存入from中的数据字节数。Recvfr