Linux网络编程课程设计.docx
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Linux网络编程课程设计
Linux网络编程课程设计
姓名:
赖真运
学号:
37
班级:
12级网安一班
系别:
软件学院
指导老师:
刘凯
一、实验目的
(1)理解Socket概念;
(2)理解并掌握Socket模型下获得本机IP信息的方法;
(3)理解并发服务器模型,掌握通用套接字开发技术;
(4)掌握Linux平台数据结构的传送方法。
二、实验内容
(1)编写获得本机IP信息的程序;
(2)编写基于并发服务器模式的网络通信原型系统;
(3)要求至少综合使用到实验目的中提到的三条或三条以上内容。
三、实验条件
学院提供网络实验室,1台/学生微型计算机,安装有Linux虚拟机。
四、实验原理
程序进行网络通信时,是通过IP地址和套接字来访问一个主机的。
1.IP地址
IP地址的作用是标识计算机的网卡地址,每一台计算机都有一个IP地址。
在程序中是通过IP地址来访问一台计算机的。
IP地址是32位长度的二进制数值,存储空间是4个字节。
例如0000000000100000110是一台计算机的IP地址。
IP地址可以使用点分十进制来表示,。
2.端口
所谓端口,是指计算机中为了标识在计算机中访问网络的不同程序而设的编号。
端口号是一个16位的无符号整数,对应的十进制取
值范围是0~65535。
3.TCP与UDP
TCP与UDP是两种不同的网络传输方式。
两个不同计算机中的程序,使用IP地址和端口,要使用一种约定的方法进行数据传输。
TCP与UDP就是网络中的两种数据传输约定,主要的区别是进行数
据传输时是否进行连接。
TCP:
TCP是一种面向连接的网络传输方式。
这种方式是可靠的,缺点是传过程复杂,需要占用较多的网络资源。
UDP:
UDP是一种不面向连接的传输方式。
对传输可靠性要求不高时,可以选择使用这种传输方式。
4.套接字
区分不同应用程序进程间的网络通信和连接,主要使用3个参数。
通信的目的IP地址、使用的传输层协议(TCP或UDP)和使用的端口号。
在编程时,就是使用这三个参数来构成一个套接字。
这个套接字相当于一个接口,可以进行不同计算机程序的信息传输。
套接字相关的数据类型:
sockaddr用来保存一个套接字,定义方法如下所示。
structsockaddr{
重要的SocketAPI
(1)socket(建立一个socket通信)
相关函数accept,bind,connect,listen
表头文件#include
#include
定义函数intsocket(intdomain,inttype,intprotocol);
函数说明socket()用来建立一个新的socket,也就是向系统注册,通知系
统建立一通信端口。
参数domain指定使用何种的地址类型,
完整的定义在/usr/include/bits/内,底下是常见的协议:
PF_UNIX/PF_LOCAL/AF_UNIX/AF_LOCALUNIX进程通信
协议
PF_INETAF_INETIpv4网络协议
PF_INET6/AF_INET6Ipv6网络协议
PF_IPX/AF_IPXIPX-Novell协议
PF_NETLINK/AF_NETLINK核心用户接口装置
PF_X25/AF_X25ITU-TISO-8208协议
PF_AX25/AF_AX25业余无线协议
PF_ATMPVC/AF_ATMPVC存取原始ATMPVCs
PF_APPLETALK/AF_APPLETALKappletalk(DDP)协议
PF_PACKET/AF_PACKET初级封包接口
参数type有下列几种数值:
SOCK_STREAM提供双向连续且可信赖的数据流,即TCP。
支持
OOB机制,在所有数据传送前必须使用connect()来建立连线
状态。
SOCK_DGRAM使用不连续不可信赖的数据包连接
SOCK_SEQPACKET提供连续可信赖的数据包连接
SOCK_RAW提供原始网络协议存取
SOCK_RDM提供可信赖的数据包连接
SOCK_PACKET提供和网络驱动程序直接通信。
protocol用来指定socket所使用的传输协议编号,通常此参考
不用管它,设为0即可。
返回值成功则返回socket处理代码,失败返回-1。
错误代码EPROTONOSUPPORT参数domain指定的类型不支持参数
type或protocol指定的协议
ENFILE核心内存不足,无法建立新的socket结构
EMFILE进程文件表溢出,无法再建立新的socket
EACCESS权限不足,无法建立type或protocol指定的协议
ENOBUFS/ENOMEM内存不足
EINVAL参数domain/type/protocol不合法
(2)bind(绑定socket)
相关函数socket,accept,connect,listen
表头文件#include
#include
定义函数intbind(intsockfd,structsockaddr*my_addr,intaddrlen);
函数说明bind()用来设置给参数sockfd的socket一个名称。
此名称由参数my_addr指向一
sockaddr结构,对于不同的socketdomain定义了一个通用的数据结构
structsockaddr
{
unsignedshortintsa_family;
charsa_data[14];
};
sa_family为调用socket()时的domain参数,即AF_xxxx值。
sa_data最多使用14个字符长度。
此sockaddr结构会因使用不同的socketdomain而有不同结构定义,例如使用
AF_INETdomain,其socketaddr结构定义便为
structsocketaddr_in
{
unsignedshortintsin_family;
uint16_tsin_port;
structin_addrsin_addr;
unsignedcharsin_zero[8];
};
structin_addr
{
uint32_ts_addr;
};
sin_family即为sa_family
sin_port为使用的port编号
为IP地址
sin_zero未使用。
参数addrlen为sockaddr的结构长度。
返回值成功则返回0,失败返回-1,错误原因存于errno中。
错误代码EBADF参数sockfd非合法socket处理代码。
EACCESS权限不足
ENOTSOCK参数sockfd为一文件描述词,非socket。
(3)listen(等待连接)
相关函数socket,bind,accept,connect
表头文件#include
定义函数intlisten(ints,intbacklog);
函数说明listen()用来等待参数s的socket连线。
参数backlog指定同时能处理的最大连接要求,如果连接数目达此上限则client端将收到ECONNREFUSED的错误。
Listen()并未开始接收连线,只是设置socket为listen模式,真正接收client端连线的是accept()。
通常listen()会在socket(),bind()之后调用,接着才调用accept()。
返回值成功则返回0,失败返回-1,错误原因存于errno附加说明listen()只适用SOCK_STREAM或SOCK_SEQPACKET的socket类型。
如果socket为AF_INET则参数backlog最大值可设至128。
错误代码EBADF参数sockfd非合法socket处理代码EACCESS权限不足EOPNOTSUPP指定的socket并未支援listen模式。
(4)connect(建立socket连接)
相关函数socket,bind,listen
表头文件#include
#include
定义函数intconnect(intsockfd,structsockaddr*serv_addr,intaddrlen);
函数说明connect()用来将参数sockfd的socket连至参数serv_addr指定的网络地址。
结构
sockaddr请参考bind()。
参数addrlen为sockaddr的结构长度。
返回值成功则返回0,失败返回-1,错误原因存于errno中。
错误代码EBADF参数sockfd非合法socket处理代码
EFAULT参数serv_addr指针指向无法存取的内存空间
ENOTSOCK参数sockfd为一文件描述词,非socket。
EISCONN参数sockfd的socket已是连线状态
ECONNREFUSED连线要求被server端拒绝。
ETIMEDOUT企图连线的操作超过限定时间仍未有响应。
ENETUNREACH无法传送数据包至指定的主机。
EAFNOSUPPORTsockaddr结构的sa_family不正确。
EALREADYsocket为不可阻断且先前的连线操作还未完成。
(5)accept(接受socket连线)
相关函数socket,bind,listen,connect
表头文件#include
#include
定义函数intaccept(ints,structsockaddr*addr,int*addrlen);函数说明accept()用来接受参数s的socket连线。
参数s的socket必需先经bind()、listen()函数处理过,当有连线进来时accept()会返回一个新的socket处理代码,往后的数据传送与读取就是经由新的socket处理,而原来参数s的socket能继续使用accept()来接受新的连线要求。
连线成功时,参数addr所指的结构会被系统填入远程主机的地址数据,参数addrlen为scokaddr的结构长度。
关于结构sockaddr的定义请参考bind()。
返回值成功则返回新的socket处理代码,失败返回-1,错误原因存于errno中。
错误代码EBADF参数s非合法socket处理代码。
EFAULT参数addr指针指向无法存取的内存空间。
ENOTSOCK参数s为一文件描述词,非socket。
EOPNOTSUPP指定的socket并非SOCK_STREAM。
EPERM防火墙拒绝此连线。
ENOBUFS系统的缓冲内存不足。
ENOMEM核心内存不足。
(6)send(经socket传送数据)
相关函数sendto,sendmsg,recv,recvfrom,socket
表头文件#include
#include
定义函数intsend(ints,constvoid*msg,intlen,unsignedintfalgs);
函数说明send()用来将数据由指定的socket传给对方主机。
参数s为已建立好连接的socket。
参数msg指向欲连线的数据内容,参数len则为数据长度。
参数flags一般设0,
其他数值定义如下
MSG_OOB传送的数据以out-of-band送出。
MSG_DONTROUTE取消路由表查询
MSG_DONTWAIT设置为不可阻断运作
MSG_NOSIGNAL此动作不愿被SIGPIPE信号中断。
返回值成功则返回实际传送出去的字符数,失败返回-1。
错误原因存于errno
错误代码EBADF参数s非合法的socket处理代码。
EFAULT参数中有一指针指向无法存取的内存空间
ENOTSOCK参数s为一文件描述词,非socket。
EINTR被信号所中断。
EAGAIN此操作会令进程阻断,但参数s的socket为不可阻断。
ENOBUFS系统的缓冲内存不足
ENOMEM核心内存不足
EINVAL传给系统调用的参数不正确。
(7)sendto(经socket传送数据)
相关函数send,sendmsg,recv,recvfrom,socket
表头文件#include
#include
定义函数intsendto(ints,constvoid*msg,intlen,unsignedintflags,const
structsockaddr*to,inttolen);
函数说明sendto()用来将数据由指定的socket传给对方主机。
参数s为已建好连线的socket,如果利用UDP协议则不需经过连线操作。
参数msg指向欲连线的数据内容,参数flags一般设0,详细描述请参考send()。
参数to用来指定欲传送的网络地址,结构sockaddr请参考bind()。
参数tolen为sockaddr的结果长度。
返回值成功则返回实际传送出去的字符数,失败返回-1,错误原因存于errno中。
错误代码同send。
(8)recv(经socket接收数据)
相关函数recvfrom,recvmsg,send,sendto,socket
表头文件#include
#include
定义函数intrecv(ints,void*buf,intlen,unsignedintflags);
函数说明recv()用来接收远端主机经指定的socket传来的数据,并把数据存到由参数buf指向的内存空间,参数len为可接收数据的最大长度。
参数flags一般设0。
其他数值定义如下:
MSG_OOB接收以out-of-band送出的数据。
MSG_PEEK返回来的数据并不会在系统内删除,如果再调用recv()会返回相同的数据内容。
MSG_WAITALL强迫接收到len大小的数据后才能返回,除非有错误或信号产生。
MSG_NOSIGNAL此操作不愿被SIGPIPE信号中断返回值成功则返回接收到的字符数,失败返回-1,错误原因存于errno中。
错误代码同send
(9)recvfrom(经socket接收数据)
相关函数recv,recvmsg,send,sendto,socket
表头文件#include
#include
定义函数intrecvfrom(ints,void*buf,intlen,unsignedintflags,structsockaddr*from,int
*fromlen);
函数说明recv()用来接收远程主机经指定的socket传来的数据,并把数据存到由参数buf指向的内存空间,参数len为可接收数据的最大长度。
参数flags一般设0,其他数值定义请参考recv()。
参数from用来指定欲传送的网络地址,结构sockaddr请参考bind()。
参数fromlen为sockaddr的结构长度。
返回值成功则返回接收到的字符数,失败则返回-1,错误原因存于errno中。
错误代码同send。
(10)select(I/O复用机制)
表头文件#include
#include
#include<>
定义函数intselect(intn,fd_set*readfds,fd_set*writefds,fd_set*exceptfds,structtimeval*
timeout);
函数说明select()用来等待文件描述词状态的改变。
参数n代表最大的文件描述词加1,参数
readfds、writefds和exceptfds称为描述词组,是用来回传该描述词的读,写或例外的状况。
底下的宏提供了处理这三种描述词组的方式:
FD_CLR(inrfd,fd_set*set);用来清除描述词组set中相关fd的位
FD_ISSET(intfd,fd_set*set);用来测试描述词组set中相关fd的位是否为真
FD_SET(intfd,fd_set*set);用来设置描述词组set中相关fd的位
FD_ZERO(fd_set*set);用来清除描述词组set的全部位
参数timeout为结构timeval,用来设置select()的等待时间,其结构定义如下
structtimeval
{
time_ttv_sec;
time_ttv_usec;
};
返回值如果参数timeout设为NULL则表示select()没有timeout。
错误代码执行成功则返回文件描述词状态已改变的个数,如果返回0代表在描述词状态改
变前已超过timeout时间,当有错误发生时则返回-1,错误原因存于errno,此时参
数readfds,writefds,exceptfds和timeout的值变成不可预测。
EBADF文件描述词为无效的或该文件已关闭
EINTR此调用被信号所中断
EINVAL参数n为负值。
ENOMEM核心内存不足
范例常见的程序片段:
fs_setreadset;
FD_ZERO(&readset);
FD_SET(fd,&readset);
select(fd+1,&readset,NULL,NULL,NULL);
if(FD_ISSET(fd,readset){……}
6.其他函数
(1)inet_ntoa函数说明:
函数将网络字节排序的地址转换为标准的ASCII以点分开的地址
(格式如:
)。
1)函数原型:
char*inet_ntoa(structin_addrin);
2)函数相关头文件:
#include
#include
#include
3)函数的参数说明:
in:
待转换的IP地址结构。
4)函数返回值:
该函数返回指向点分开的字符串地址的指针,该字符串的空间为静态分配的,这意味着在第二次调用该函数时,上一次调用将会被重写(复盖),所以适当的时候需要保存该串。
(2)inet_addr函数说明:
函数转换网络主机地址(如)为网络字节序二进制值。
1)函数原型:
in_addr_tinet_addr(constchar*cp);
2)函数相关头文件:
同
(1)。
3)函数的参数说明:
cp为待转换的IP地址字符串指针。
4)函数返回值:
如果参数char*cp无效,函数返回-1(INADDR_NONE),这个函数在处理地址为时也返回-1。
inet_aton和inet_ntoa只能用来来处理IPv4版本的网络字节和主机字节之间的转换。
函数inet_pton和inet_ntop能够兼容地处理IPv4和IPv6。
(3)inet_pton函数说明
1)函数原型:
intinet_pton(intaf,constchar*src,void*dst);
2)函数相关头文件:
#include
#include
#include
3)函数的参数说明:
函数转换ASCII类型的地址到网络字节序二进制结构。
af:
协议族;
src:
待转换IP地址指针,指向字符型的地址;
dst:
转换结果,网络顺序格式的地址。
4)函数返回值:
执行成功返回1;如果函数出错将返回-1,并将errno设置为EAFNOSUPPORT;如果参数af指定的地址族和src格式不对,函数将返回0。
(4)inet_ntop函数说明:
函数转换网络字节序二进制结构到ASCII类型的地址。
1)函数原型:
constchar*inet_ntop(intaf,constvoid*src,char*dst,socklen_tcnt);
2)函数相关头文件:
同inet_pton。
3)函数的参数说明:
cnt为缓冲区dst的大小;其它同inet_pton。
4)函数返回值:
成功时返回字符地址的指针;出错时则返回一个空指针,并将errno
置为ENOSPC。
(5).存储顺序转换
因为每一个机器内部对变量的字节存储顺序不同(分为大端和小端存储),而网络传输的数据一定是统一的顺序,即网络字节顺序。
所以要调用转换函数,将网络中传输的字节顺序进行统一。
头文件中定义了一组转换函数,原型如下:
uint16_thtons(uint16_thost16bitvalue);
“HosttoNetworkShort”主机字节顺序转换为网络字节顺序(对无符号短型进行操作4bytes)。
uint32_thtonl(uint32_thost32bitvalue);
“HosttoNetworkLong”主机字节顺序转换为网络字节顺序(对无符号长型进行操作8bytes)。
以上两个函数均返回网络字节序。
uint16_tntohs(uint16_tnet16bitvalue);
“NetworktoHostShort”网络字节顺序转换为主机字节顺序(对无符号短型进行操作4bytes)。
uint32_tntohl(uint32_tnet32bitvalue);
“NetworktoHostLong”网络字节顺序转换为主机字节顺序(对无符号长型进行操作8bytes)。
以上两个函数均返回主机字节序。
五、实验步骤
1、准备工作
将虚拟机网络连接设置为桥接方式(自定义->VMnet0);在虚拟机Linux系统中设置网络设备设置为自动获取IP地址方式(DHCP),让后通过ipconfig命令查看eth0的IP地址,并记录。
步骤为:
RedHat主菜单->系统设置->网络,编辑按钮,选择单选按钮“自动获取IP地址设置使用”。
设置完毕的检测方法:
可以两个同学之间使用ping命令互相测试。
2、UDP客户端程序设计
设计一个基于UDP协议(SOCK_DGRAM类型套接字)的客户端程序。
程序的功能为,向教师机服务器端程序发送字符串(内容:
学号+姓名)。
服务器端的IP地址默认为(或临时通知),端口号为5555。
(1)使用Linux下的VIM编写代码。
参考程序:
udpclient,观察教师机服务端。
2、TCP客户端程序设计
在上述实验中,如果服务器端故障或网络线路故障,将导致的数据发送不成功称为丢包,但这样的错误,UDP客户端程序却无从察觉,同时客户端也无法获知服务器端是否准备就绪。
设计一个基于TCP议(SOCK_STREAM类型套接字)的客户端程序。
程序的功能为,向教师机服务器端程序发送字符串(内容学号+姓名)。
服务器端的IP地址默认为(或临时通知),端口号为6666。
程序中增加对connect函数连接成功与否的判断,连接成功后发送上述字符串,反之提示连接错误信息。
(1)使用Linux下的VIM编写代码。
参考程序:
/*******