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2019/9/61第九章网络编程9.1SOCKET的概念9.2SOCKET的建立与配置9.3SOCKET的连接建立9.4数据传输9.5SOCKET编程实例9.6PING命令解析9.7实战技巧光驱与软驱的加载方法2019/9/629.1Socket的概念•Socket是TCP/IP协议传输层提供的接口或套接字，供用户编程访问网络资源时的工具。Socket接口是TCP/IP网络的API，socket接口定义了许多函数或例程，程序员用它们开发TCP/IP网络上的应用程序。TCP/IP协议（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol）是传输控制/网际协议，又叫网络通信协议，这个协议是Internet国际互联网络的基础。要学Internet上的TCP/IP网络编程，必须理解socket接口。•Linux的套接口通信模式与日常生活中的电话通信非常类似，套接字代表通信线路中的端点，端点之间通过通信网络来相互联系。•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，就很容易了解socket。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。2019/9/639.2Socket的建立与配置•为了建立socket，程序可以调用socket函数，该函数返回一个类似于文件描述符的句柄。socket函数原型为：•intsocket(intdomain,inttype,intprotocol);•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或SOCK_DGRAM，socket接口还定义了原始socket（SOCK_RAW），允许程序使用底层协议；protocol通常赋值为0。socket()调用返回一个整型socket描述符，可在后面直接使用它。•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”，这意味着为一个socket数据结构分配存储空间。Socket执行体用来管理描述符表。•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。2019/9/64•通过socket调用返回一个socket描述符后，在使用socket进行网络传输以前，必须配置该socket。面向连接的socket客户端通过调用connect()函数在socket数据结构中保存本地和远端信息。无连接socket的客户端和服务端以及面向连接socket的服务端通过调用bind()函数来配置本地信息。•Bind函数将socket与本机上的一个端口相关联，随后就可以在该端口监听服务请求。Bind函数原型为：•intbind(intsockfd,structsockaddr*my_addr,intaddrlen);•其中的sockfd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个字节的协议地址*/•};•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。2019/9/65•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保持与structsockaddr大小相同*/•};•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*/2019/9/66•通过将my_addr.sin_port置为0，函数会自动选择一个未占用的端口使用。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。•注意使用bind函数需要将sin_port和sin_addr转换成为网络字节优先顺序；而sin_addr则不需要转换。实际上，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。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。2019/9/67•大端存储模式和小端存储模式辨析：•在嵌入式系统开发里要对小端Little-endian和大端Big-endian模式非常了解。例如，16bit宽的数0x1234在Little-endian模式CPU内存中的存放方式（假设从地址0x4000开始存放）为：•内存地址0x40000x4001•存放内容0x340x12•而在Big-endian模式CPU内存中的存放方式则为：•内存地址0x40000x4001•存放内容0x120x34•有时候，用C语言写程序时需要知道是大端模式还是小端模式。所谓的大端模式，是指数据的低位保存在内存的高地址中，而数据的高位，保存在内存的低地址中；所谓的小端模式，是指数据的低位保存在内存的低地址中，而数据的高位保存在内存的高地址中。为什么会有大小端模式之分呢？这是因为在计算机系统中，我们是以字节为单位的，每个地址单元都对应着一个字节，一个字节为8bit。2019/9/68•但是在C语言中除了8bit的char之外，还有16bit的short型，32bit的long型（要看具体的编译器），另外，对于位数大于8位的处理器，例如16位或者32位的处理器，由于寄存器宽度大于一个字节，那么必然存在着一个如何将多个字节安排的问题，从而导致了大端存储模式和小端存储模式。例如一个16bit的short型x，在内存中的地址为0x0010，x的值为0x1122，那么0x11为高字节，0x22为低字节。对于大端模式，就将0x11放在低地址中，即0x0010中，0x22放在高地址中，即0x0011中。小端模式，刚好相反。我们常用的X86结构是小端模式，而KEILC51则为大端模式。很多的ARM，DSP都为小端模式。有些ARM处理器还可以由硬件来选择是大端模式还是小端模式。下面这段代码可以用来测试一下你的编译器是大端模式还是小端模式：•shortintx;•charx0,x1;•x=0x1122;•x0=((char*)&x)[0];//低地址单元•x1=((char*)&x)[1];//高地址单元•若x0=0x11,则是大端;若x0=0x22,则是小端。2019/9/699.3socket的连接建立•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：•intconnect(intsockfd,structsockaddr*serv_addr,intaddrlen);•sockfd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是远端地址结构的长度。Connect()函数在出现错误时返回-1，并设置errno为相应的错误码。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标机的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执行体将为程序自动选择一个未被占用的端口，并通知程序数据什么时候到达该端口。•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。•listen()函数使socket处于被动监听模式，并为该socket建立输入数据队列，将到达的服务请求保存在此队列中，直到程序处理它们。该函数的原型是：•intlisten(intsockfd，intbacklog);2019/9/610•Sockfd依然是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()接收它们。Backlog对队列中等待服务的请求数目进行限制，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。当出现错误时listen()函数返回-1，并置相应的errno错误码。•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，然后睡眠等待客户的连接请求。该函数的原型是：•intaccept(intsockfd,void*addr,int*addrlen);•sockfd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（即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。•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。2019/9/611