1、湖北工业大学 计算机学院 网络协议分析器 Ethereal实验指导书 网络工程系2012 年编制1实验五 Socket 网络编程一、实验目的和要求 1、理解进程通信的原理及通信过程； 2、掌握基本的网络编程方法二、实验内容1、学习 SOCKET 编程的基本方法；2、学习应用 C 语言与 WinSock2 进行简单的无连接的网络程序设计，实现网络数据传输；3、学习应用 C 语言与 WinSock2 进行简单的面向连接的网络程序设计，实现网络数据传输。三、实验设备PC 机、VC四、背景知识1、关于使用套接字编程的一些基本概念（1）半相关网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程：（协议，本地地址
2、，本地端口号） 。这样一个三元组，叫做一个半相关（half-association） ，它指定连接的每半部分。（2）全相关一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成，并且只能使用同一种高层协议。也就是说，不可能通信的一端用 TCP 协议，而另一端用 UDP 协议。因此一个完整的网间通信需要一个五元组来标识：（协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号） 。这样一个五元组，叫做一个全相关（association） ，即两个协议相同的半相关才能组合成一个全相关。（3）TCP/IP 协议的地址结构为：struct sockaddr_inshort sin_family; /*AF_INET*/u
3、_short sin_port; /*16 位端口号，网络字节顺序*/struct in_addr sin_addr; /*32 位 IP 地址，网络字节顺序*/char sin_zero8; /*保留*/（4）套接字类型TCP/IP 的 socket 提供下列三种类型套接字：流式套接字（SOCK_STREAM）提供了一个面向连接、可靠的数据传输服务，数据无差错、无重复地发送，且按发送顺序接收。内设流量控制，避免数据流超限；数据被看作是字节流，无长度限制。文件传送协议（FTP）即使用流式套接字。数据报式套接字（SOCK_DGRAM）湖北工业大学 计算机学院 网络协议分析器 Ethereal实验
4、指导书 网络工程系2012 年编制2提供了一个无连接服务。数据包以独立包形式被发送，不提供无错保证，数据可能丢失或重复，并且接收顺序混乱。网络文件系统（NFS）使用数据报式套接字。原始式套接字（SOCK_RAW）该接口允许对较低层协议，如 IP、ICMP 直接访问。常用于检验新的协议实现或访问现有服务中配置的新设备。（5）基本套接字系统调用为了更好地说明套接字编程原理，下面给出几个基本套接字系统调用说明。创建套接字socket()应用程序在使用套接字前，首先必须拥有一个套接字，系统调用 socket()向应用程序提供创建套接字的手段，其调用格式如下：SOCKET socket(int af,
5、int type, int protocol);该调用要接收三个参数：af、type、protocol。参数 af 指定通信发生的区域，UNIX 系统支持的地址族有：AF_UNIX、AF_INET、AF_NS 等，而 DOS、WINDOWS 中仅支持 AF_INET，它是网际网区域。因此，地址族与协议族相同。参数 type 描述要建立的套接字的类型。参数 protocol 说明该套接字使用的特定协议，如果调用者不希望特别指定使用的协议，则置为 0，使用默认的连接模式。根据这三个参数建立一个套接字，并将相应的资源分配给它，同时返回一个整型套接字号。因此，socket()系统调用实际上指定了相关五
6、元组中的“协议”这一元。指定本地地址bind()当一个套接字用 socket()创建后，存在一个名字空间(地址族),但它没有被命名。bind()将套接字地址（包括本地主机地址和本地端口地址）与所创建的套接字号联系起来，即将名字赋予套接字，以指定本地半相关。其调用格式如下：int bind(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);参数 s 是由 socket()调用返回的并且未作连接的套接字描述符(套接字号)。参数 name 是赋给套接字 s 的本地地址（名字） ，其长度可变，结构随通信域的不同而不同。namelen 表明
7、了 name 的长度。如果没有错误发生，bind()返回 0。否则返回值 SOCKET_ERROR。地址在建立套接字通信过程中起着重要作用，作为一个网络应用程序设计者对套接字地址结构必须有明确认识。建立套接字连接connect()与 accept()这两个系统调用用于完成一个完整相关的建立，其中 connect()用于建立连接。无连接的套接字进程也可以调用 connect()，但这时在进程之间没有实际的报文交换，调用将从本地操作系统直接返回。这样做的优点是程序员不必为每一数据指定目的地址，而且如果收到的一个数据报，其目的端口未与任何套接字建立“连接” ，便能判断该端口不可操作。而 accept
8、()用于使服务器等待来自某客户进程的实际连接。connect()的调用格式如下：int connect(SOCKET s, const struct sockaddr FAR * name, int namelen);参数 s 是欲建立连接的本地套接字描述符。参数 name 指出说明对方套接字地址结构的指针。对方套接字地址长度由 namelen 说明。如果没有错误发生，connect()返回 0。否则返回值 SOCKET_ERROR。在面向连接的协议中，该调用导湖北工业大学 计算机学院 网络协议分析器 Ethereal实验指导书 网络工程系2012 年编制3致本地系统和外部系统之间连接实际建立
9、。由于地址族总被包含在套接字地址结构的前两个字节中，并通过 socket()调用与某个协议族相关。因此 bind()和 connect()无须协议作为参数。accept()的调用格式如下：SOCKET accept(SOCKET s, struct sockaddr FAR* addr, int FAR* addrlen);参数 s 为本地套接字描述符，在用做 accept()调用的参数前应该先调用过 listen()。addr 指向客户方套接字地址结构的指针，用来接收连接实体的地址。addr 的确切格式由套接字创建时建立的地址族决定。addrlen 为客户方套接字地址的长度（字节数） 。如果
10、没有错误发生，accept()返回一个 SOCKET类型的值，表示接收到的套接字的描述符。否则返回值 INVALID_SOCKET。accept()用于面向连接服务器。参数 addr 和 addrlen 存放客户方的地址信息。调用前，参数 addr 指向一个初始值为空的地址结构，而 addrlen 的初始值为 0；调用 accept()后，服务器等待从编号为 s的套接字上接受客户连接请求，而连接请求是由客户方的 connect()调用发出的。当有连接请求到达时，accept()调用将请求连接队列上的第一个客户方套接字地址及长度放入 addr 和 addrlen，并创建一个与s 有相同特性的新套
11、接字号。新的套接字可用于处理服务器并发请求。四个套接字系统调用，socket()、bind()、connect()、accept()，可以完成一个完全五元相关的建立。socket()指定五元组中的协议元，它的用法与是否为客户或服务器、是否面向连接无关。bind()指定五元组中的本地二元，即本地主机地址和端口号，其用法与是否面向连接有关：在服务器方，无论是否面向连接，均要调用 bind()；在客户方，若采用面向连接，则可以不调用 bind()，而通过 connect()自动完成。若采用无连接，客户方必须使用 bind()以获得一个唯一的地址。以上讨论仅对客户/服务器模式而言，实际上套接字的使用是
12、非常灵活的，唯一需遵循的原则是进程通信之前，必须建立完整的相关。监听连接listen()此调用用于面向连接服务器，表明它愿意接收连接。listen()需在 accept()之前调用，其调用格式如下：int listen(SOCKET s, int backlog);参数 s 标识一个本地已建立、尚未连接的套接字号，服务器愿意从它上面接收请求。backlog 表示请求连接队列的最大长度，用于限制排队请求的个数，目前允许的最大值为 5。如果没有错误发生，listen()返回 0。否则它返回 SOCKET_ERROR。listen()在执行调用过程中可为没有调用过 bind()的套接字 s 完成所必
13、须的连接，并建立长度为backlog 的请求连接队列。 调用 listen()是服务器接收一个连接请求的四个步骤中的第三步。它在调用 socket()分配一个流套接字，且调用 bind()给 s 赋于一个名字之后调用，而且一定要在 accept()之前调用。数据传输send()与 recv()当一个连接建立以后，就可以传输数据了。常用的系统调用有 send()和 recv()。send()调用用于在参数 s 指定的已连接的数据报或流套接字上发送输出数据，格式如下：int send(SOCKET s, const char FAR *buf, int len, int flags);参数 s 为
14、已连接的本地套接字描述符。buf 指向存有发送数据的缓冲区的指针，其长度由 len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否发送带外数据等。如果没有错误发生，send()返回总共发送的字节数。湖北工业大学 计算机学院 网络协议分析器 Ethereal实验指导书 网络工程系2012 年编制4否则它返回 SOCKET_ERROR。recv()调用用于在参数 s 指定的已连接的数据报或流套接字上接收输入数据，格式如下：int recv(SOCKET s, char FAR *buf, int len, int flags);参数 s 为已连接的套接字描述符。buf 指向接收输入数据缓冲区的指针，其
15、长度由 len 指定。flags 指定传输控制方式，如是否接收带外数据等。如果没有错误发生，recv()返回总共接收的字节数。如果连接被关闭，返回 0。否则它返回 SOCKET_ERROR。输入/输出多路复用select()select()调用用来检测一个或多个套接字的状态。对每一个套接字来说，这个调用可以请求读、写或错误状态方面的信息。请求给定状态的套接字集合由一个 fd_set 结构指示。在返回时，此结构被更新，以反映那些满足特定条件的套接字的子集，同时， select()调用返回满足条件的套接字的数目，其调用格式如下：int select(int nfds, fd_set FAR * r
16、eadfds, fd_set FAR * writefds, fd_set FAR * exceptfds, const struct timeval FAR * timeout);参数 nfds 指明被检查的套接字描述符的值域，此变量一般被忽略。参数 readfds 指向要做读检测的套接字描述符集合的指针，调用者希望从中读取数据。参数writefds 指向要做写检测的套接字描述符集合的指针。exceptfds 指向要检测是否出错的套接字描述符集合的指针。timeout 指向 select()函数等待的最大时间，如果设为 NULL 则为阻塞操作。select()返回包含在 fd_set 结构中
17、已准备好的套接字描述符的总数目，或者是发生错误则返回 SOCKET_ERROR。关闭套接字closesocket()closesocket()关闭套接字 s，并释放分配给该套接字的资源；如果 s 涉及一个打开的 TCP 连接，则该连接被释放。closesocket()的调用格式如下：BOOL closesocket(SOCKET s);参数 s 待关闭的套接字描述符。如果没有错误发生，closesocket()返回 0。否则返回值SOCKET_ERROR。2、用于无连接协议（如 UDP）的 SOCKET 系统调用流程框图Socket()Bind()recvfrom()等 待 来 自 客 户 的
18、数 据数 据 处 理sendto() recvfrom()sendto()Bind()Socket()服 务 器 客 户3、用于面向连接协议（如 TCP）的 SOCKET 系统调用流程框图SocketBind()Listen()等 待 客 户 的 连 接 请 求数 据 处 理send() recv()send()CcSocket()服 务 器 客 户Acept()recv() 连 接 请 求数 据 请 求数 据 回 答五、实验步骤服务器端编程的步骤：1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket()；2：绑定套接字到一个 IP 地址和一个端口上(bind()；3：将套接字
19、设置为监听模式等待连接请求(listen()；4：请求到来后，接受连接请求，返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept()；5：用返回的套接字和客户端进行通信(send()/recv()；湖北工业大学 计算机学院 网络协议分析器 Ethereal实验指导书 网络工程系2012 年编制66：返回，等待另一连接请求；7：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup()。服务器端代码如下：#include #include void main()WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;int err;wVersionRe
20、quested = MAKEWORD( 1, 1 );err = WSAStartup( wVersionRequested, if ( err != 0 ) return;if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 |HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) WSACleanup( );return;SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);SOCKADDR_IN addrSrv;addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY);addrSrv.
21、sin_family=AF_INET;addrSrv.sin_port=htons(6000);湖北工业大学 计算机学院 网络协议分析器 Ethereal实验指导书 网络工程系2012 年编制7bind(sockSrv,(SOCKADDR*)listen(sockSrv,5);SOCKADDR_IN addrClient;int len=sizeof(SOCKADDR);while(1)SOCKET sockConn=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)char sendBuf50;sprintf(sendBuf,“Welcome %s to here!“,inet_ntoa(
22、addrClient.sin_addr);send(sockConn,sendBuf,strlen(sendBuf)+1,0);char recvBuf50;recv(sockConn,recvBuf,50,0);printf(“%sn“,recvBuf);closesocket(sockConn);客户端编程的步骤：1：加载套接字库，创建套接字(WSAStartup()/socket()；2：向服务器发出连接请求(connect()；3：和服务器端进行通信(send()/recv()；4：关闭套接字，关闭加载的套接字库(closesocket()/WSACleanup()。客户端的代码如下：
23、#include #include void main()湖北工业大学 计算机学院 网络协议分析器 Ethereal实验指导书 网络工程系2012 年编制8WORD wVersionRequested;WSADATA wsaData;int err;wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1 );err = WSAStartup( wVersionRequested, if ( err != 0 ) return;if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 |HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) WSACle
24、anup( );return;SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);SOCKADDR_IN addrSrv;addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr(“127.0.0.1“);addrSrv.sin_family=AF_INET;addrSrv.sin_port=htons(6000);connect(sockClient,(SOCKADDR*)send(sockClient,“hello“,strlen(“hello“)+1,0);char recvBuf50;recv(sockClient,recvBuf,50,0);printf(“%sn“,recvBuf);closesocket(sockClient);WSACleanup();湖北工业大学 计算机学院 网络协议分析器 Ethereal实验指导书 网络工程系2012 年编制9六、思考题Q1. 在客户/服务器模型当中，客户进程的端口号和服务器进程的端口号都是由程序给出说明的吗？为什么？ Q2. 在 TCP/IP 网络中，当客户与服务员进程建立了一条 TCP 连接以后，是否属于该连接的所有包都是经过同一路径（即一条虚电路）传递的？为什么？
