Linux下程序设计之Socket编程.docx
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Linux下程序设计之Socket编程
昆明理工大学
Linux程序设计
题目：
Linux下程序设计之Socket编程
学生姓名：
学号：
专业班级：
指导教师：
梁波
摘要
Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程式员能用他们来研发TCP/IP网络上的应用程式。
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。
网络的Socket数据传输是一种特别的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。
本设计是面向客户—服务器模型设计，主要实现一个客户端向服务器传输文件数据，另一个客户端可以从服务器获取该数据的功能。
Linux下程序设计之Socket编程
一、设计目的
掌握Linux网络开发知识。
掌握课题的设计步骤和方法。
提高Linux下c程序设计的能力。
掌握应用程序开发中的需求分析与方法。
二、实验原理
1.Socket建立
为了建立Socket，程式能调用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，表示互连网协议族（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），允许程式使用低层协议；protocol通常赋值"0"。
Socket（）调用返回一个整型socket描述符，你能在后面的调用使用他。
Socket描述符是个指向内部数据结构的指针，他指向描述符表入口。
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。
两个网络程式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。
2.Socket设置
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，必须设置该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的客户端和服务端及面向连接socket的服务端通过调用bind函数来设置本地信息。
Bind函数将socket和本机上的一个端口相关联，随后你就能在该端口监听服务请求。
Bind函数原型为：
intbind（intsockfd,structsockaddr*my_addr,intaddrlen）;
Sockfd是调用socket函数返回的socket描述符,my_addr是个指向包含有本机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。
另外更有一种结构类型：
structsockaddr_in{
shortintsin_family;/*地址族*/
unsignedshortintsin_port;/*端口号*/
structin_addrsin_addr;/*IP地址*/
unsignedcharsin_zero[8];/*填充0以保持和structsockaddr同样大小*/
};
这个结构更方便使用。
sin_zero用来将sockaddr_in结构填充到和structsockaddr同样的长度，能用bzero（）或memset（）函数将其置为零。
指向sockaddr_in的指针和指向sockaddr的指针能相互转换，这意味着如果一个函数所需参数类型是sockaddr时，你能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，能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；而sin_addr则不必转换。
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，你能选择大于1024中的所有一个没有被占用的端口号。
3.连接建立
面向连接的客户程式使用Connect函数来设置socket并和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是远端地质结构的长度。
Connect函数在出现错误时返回-1，并且设置errno为相应的错误码。
进行客户端程式设计无须调用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和服务器建立连接并不必关心，socket执行体为你的程式自动选择一个未被占用的端口，并通知你的程式数据什么时候到打断口。
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式使用socket时才需要将此socket和远端主机相连。
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，他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，直到程式处理他们。
intlisten（intsockfd，intbacklog）;
Sockfd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（）他们（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。
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，然后睡眠并等待客户的连接请求。
intaccept（intsockfd,void*addr,int*addrlen）;
sockfd是被监听的socket描述符，addr通常是个指向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仍能继续在以前的socket上监听，同时能在新的socket描述符上进行数据传输操作。
4.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：
intsend（intsockfd,constvoid*msg,intlen,intflags）;
Sockfd是你想用来传输数据的socket描述符；msg是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。
在程式中应该将send（）的返回值和欲发送的字节数进行比较。
当send（）返回值和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（intsockfd,void*buf,intlen,unsignedintflags）;
Sockfd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，当出现错误时，返回-1并置相应的errno值。
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并没有和远端机器建立连接，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。
Recvfrom（）函数返回接收到的字节数或当出现错误时返回-1，并置相应的errno。
如果你对数据报socket调用了connect（）函数时，你也能利用send（）和recv（）进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并且利用传输层的UDP服务。
但在发送或接收数据报时，内核会自动为之加上目地和源地址信息。
5.结束传输
当所有的数据操作结束以后，你能调用close（）函数来释放该socket，从而停止在该socket上的所有数据操作：
close（sockfd）;
你也能调用shutdown（）函数来关闭该socket。
该函数允许你只停止在某个方向上的数据传输，而一个方向上的数据传输继续进行。
如你能关闭某socket的写操作而允许继续在该socket上接受数据，直至读入所有数据。
intshutdown（intsockfd,inthow）;
Sockfd是需要关闭的socket的描述符。
参数how允许为shutdown操作选择以下几种方式：
?
0-------不允许继续接收数据
?
1-------不允许继续发送数据
?
2-------不允许继续发送和接收数据，
?
均为允许则调用close（）
shutdown在操作成功时返回0，在出现错误时返回-1并置相应errno。
三、设计分析
本试验是在Linux环境下基于Socket进行开发的。
系统有一个服务器端和两个客户端组成。
先是运行服务器等待两个客户端的连接请求，客户端1和客户端2分别登入到服务器上，登入成功后服务器会分别给客服端发送登陆成功提示。
此时客户端1便可将指定文件里的内容打开，发送到服务器上，服务器接收后再将之转发给客户端2，接着客户端2新建一个文件，并将接收到的由服务器转发的内容写入到该文件中，由此便实现了不同客户端之间的文件传送。
四、系统设计
1.系统功能
1）开启服务器；
2）两个客户端登入服务器；
3）客户端1打开文件并传给服务器；
4）服务器将接收到的内容传给客户端2；
5）客户端2新建文件并保持收到的内容。
2.相关文件
fuwuqi.c是服务器源代码，kehuduan1.c是客户端1源代码，kehuduan2.c是客户端2源代码，fuwuqi是服务器执行文件，kehuduan1是客户端1执行文件，kehuduan2是客户端2执行文件，xshy.c是所要传送的文件，rec是接收文件所在的文件夹。
五、调试结果
服务器
客户端1
客户端2
六、小结
在这次编程实践中，我熟练了linux系统下的操作，提高了我在linux下用C语言编写程序的能力，掌握了SOCKET编程，巩固了专业知识，通过本次实践，使我亲身感受了所学知识与实际的应用，理论与实际的相结合，让我们大开眼界，也算是对以前所学知识的一个初审吧！
这次课程设计对于我们以后学习、找工作也真是受益菲浅。
本来是想设计双方都可以发送接收的，奈何能力不足，错误多多，暂时就只能先实现简单的一方发送一方接收，接下来会思考下如何进一步改善。
七、附录代码：
1.fuwuqi.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSERVPORT2012//端口号
#defineBACKLOG10//最大请求数
#defineMAX_CONNECTED_NC10
#defineMAXDATASIZE64//缓冲区长度
#defineFILE_NAME_MAX_SIZE512
intmain（）
{
structsockaddr_infuwuqi_sockaddr,kehuduan1_sockaddr,kehuduan2_sockaddr;
intsin_size,shoudaozijieshu;
intfuwuqi_fd,kehuduan1_fd,kehuduan2_fd;
intwenjian_open,wenjian_write;
charbuf[MAXDATASIZE],temp[MAXDATASIZE],*IP1,*IP2;
char*filename;
if（（fuwuqi_fd=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0））==-1）//建立服务器socket连接
{
perror（"socket"）;
exit
（1）;
}
printf（"socketsuccess!
\n"）;
//设置server_sockaddr相关参数
fuwuqi_sockaddr.sin_family=AF_INET;
fuwuqi_sockaddr.sin_port=htons（SERVPORT）;
fuwuqi_sockaddr.sin_addr.s_addr=INADDR_ANY;
bzero（&（fuwuqi_sockaddr.sin_zero）,8）;
//服务器绑定
if（bind（fuwuqi_fd,（structsockaddr*）&fuwuqi_sockaddr,sizeof（structsockaddr））==-1）
{
perror（"bind"）;
exit
（1）;
}
printf（"bindsuccess!
\n"）;
if（listen（fuwuqi_fd,BACKLOG）==-1））//服务器监听
{
perror（"listen"）;
exit
（1）;
}
printf（"listening...\n"）;
sin_size=sizeof（structsockaddr）;
//等待客户1连接
if（（kehuduan1_fd=accept（fuwuqi_fd,（structsockaddr*）&kehuduan1_sockaddr,&sin_size））==-1）
{
perror（"accept:
"）;
exit
（1）;
}
else
{
memset（temp,0,sizeof（temp））;
strcpy（temp,"successtologintheserver!
"）;
//等待客户2连接
if（send（kehuduan1_fd,temp,MAXDATASIZE,0）==-1）
{
perror（"send"）;
exit
（1）;
}
}
if（（kehuduan2_fd=accept（fuwuqi_fd,（structsockaddr*）&kehuduan2_sockaddr,&sin_size））==-1）
{
perror（"accept:
"）;
exit
（1）;
}
else
{
memset（temp,0,sizeof（temp））;//从客户1接收文件内容
strcpy（temp,"successtologintheserver!
"）;
if（send（kehuduan2_fd,temp,MAXDATASIZE,0）==-1）
{
perror（"send"）;
exit
（1）;
}
}
memset（temp,0,sizeof（temp））;//向客户2转发接收到的内容
strcpy（temp,"Youfriendhason-line,youcansend/acceptnow!
"）;
if（（send（kehuduan1_fd,temp,MAXDATASIZE,0）==-1）||（send（kehuduan2_fd,temp,MAXDATASIZE,0）==-1））
{
perror（"send"）;
exit
（1）;
}
printf（"fileuploadserverstarting...\n"）;
memset（buf,0,sizeof（buf））;
if（（shoudaozijieshu=recv（kehuduan1_fd,buf,MAXDATASIZE,0））==-1）
{
perror（"recv"）;
exit
（1）;
}
printf（"buf:
%s\n",buf）;
if（send（kehuduan2_fd,buf,MAXDATASIZE,0）==-1）
{
perror（"send"）;
exit
（1）;
}
printf（"fileuploadsuccess!
\n"）;
close（wenjian_open）;
close（fuwuqi_fd）;
}
2.kehuduan1.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSERVPORT2012//端口号
#defineMAXDATASIZE64//缓冲区长度
intmain（intargc,char*argv[]）
{
intkehuduan1_fd,fasongzijieshu,shoudaozijieshu;
intwenjian_open,wenjian_read;
charbuf[MAXDATASIZE];
char*filename,*p;
structhostent*host;
structsockaddr_inkehuduan1_sockaddr;
voidmy_recvmsg（intshoudaozijieshu,intkehuduan1_fd,char*buf）;
if（argc<2）
{
fprintf（stderr,"pleaseenterthehuwuqi'shostname!
\n"）;
exit
（1）;
}
if（
升级会员 