用SOCKET实现TCP通信

实验二用SOCKET实现TCP通信

一、实验目的

熟练掌握 UDP、TCP Client/Server 模式的通信原理。

二、实验原理

1.socket编程相关知识

网络编程就是通过计算机网络与其他程序进行通信的程序， Socket 编程

是网络编程的主流工具。Socket API 是实现进程间通信的一种编程设施，也是一种为进程间提供底层抽象的机制。尽管应用开发人员很少需要在该层编写代码，但是理解 socket API 还是非常重要的。主要有两点原因：第一，高层设

施是构建于 socket API 之上的，它们是利用socket API 提供的操作来实现。第二，对于响应时间要求较高或运行于有限资源平台上的应用，甚至socket API 是唯一可用的进程间通信设施。

socket API 出现于 20 世纪 80 年代早期，作为 Berkeley Unix（BSD

4.2）操作系统程序库来通过进程间通信功能。现在主流操作系统都提供

socket API。在基于 Unix系统中，如 BSD、Linux 系统，socket API 是操作

系统内核的一部分；在 MS-DOS、Windows OS、 OS/2 等操作系统中， socket API 是以程序库形式提供的，如在 Windows系统中，socket API 被称为Winsock。Socket 接口规范可以适用多种通讯协议，主要是 TCP/IP。TCP/IP

是计算机互联最常适用的网络通讯协议，TCP/IP 的核心部分由网络操作系统的内核实现，应用程序通过编程接口来访问 TCP/IP，应用程序通讯的方式有图

36-1 所示。TCP/IP 使用一个网络地址和一个服务端口号来惟一地标识设备。

网络地址标识网络上的特定设备；端口号标识要连接到的该设备上的特定服务。网络通讯的基本模式如下：每一台通讯的主机都有一个本网络环境中惟一的 IP 地址，一台主机上往往有多个通讯程序存在，每个这样的程序都要占用一个通

讯端口。因此，一个 IP 地址，一个通讯端口，就能确定一个通讯程序的位置。

2. 基于C的Socket编程相关函数和数据类型

1.sockadd和sockaddr_in结构：

① sockaddr 结构

struct sockaddr

{

unsigned short sa_family; /*地址族，AF_xxx 有 IPV4 与 IPV6 等*/

char sa_data[14]; /*14 字节的协议地址*/

};

sa_family 一般为 AF_INET，表示 Internet 协议族，如是 AF_UNIX 表示

UNIX 协

议簇；sa_data 中包含该 socket 的 IP 地址和端口号。

② in_ add 结构，用来存储四字节的 IP 地址

struct in_addr{

unsigned long s_addr;

};

③ sockaddr_in 结构

struct sockaddr_in

{

short int sin_family; /*地址族*/

unsigned short int sin_port; /*端口号*/

struct in_add sin_addr; /*IP 地址*/

unsigned char sin_zero[8]; /*填充 0 以保持与 struct sockaddr 同样大小*/

}；

该结构中 sin_zero 使得 sockaddr 和 sockaddr_in 指针类型相互转换；sin_port 和sin_addr 必须是网络字节顺序，因为它们被封装在包的 IP 和UDP 层，而 sin_family不发送到网络上可以是本机字节顺序。

相关函数

1．socket()函数

该函数用于根指定的地址族、数据类型和协议来分配一个套接字的描述字及其所用的资源。

Socket 函数原型为：

int socket( int domain , int type , int protocol ) ;

a、参数 domain 指定地址描述，一般为 AP_INET；

b、参数 type 指定 socket 类型：SOCK_STREAM 和 SOCK_DGRAM；

c、参数 protocol 通常为 0；

d、函数返回值为一个整型 socket 描述符，在 bind 函数中调用。

2．bind()函数

该函数用于将一个本地地址与一个套接字绑定在一起。

int bind( int sockfd , struct sockadd* my_addr , int addrlen) ;

a、sockfd：socket 描述符，使用 socket 函数返回值，将该 socket 与本机

上的一个端口相关联。在设计服务器端程序是需要调用 bind 函数，以在该端

口上监听服务请求；而客户端一般不需要调用 bind 函数，因为只需知道服务

器 IP 地址，并不关心客户通过哪个端口与服务器建立连接，内核会自动选择

一个未被占用的端口供客户端来使用。

b、my_addr：指向包含本机 IP 地址及端口号等信息的 sockaddr 类型的指针。

c、addrlen：sizeof( struct sockaddr)的值。

d、bind 函数返回值：为-1 表示遇到错误，并且 errno 中包含相应的错误码。3．connect()函数与远程服务器建立一个 TCP 连接。

int connect(int sockfd, struct sockaddr* serv_addr, int addrlen);

a、sockfd：目的服务器的 socket 描述符。

b、serv_addr：指向包含目的服务器的 IP 地址及端口号的指针。

c、addrlen：sizeof( struct sockaddr)的值。

d、connect 函数返回值：为-1 表示遇到错误，并且 errno 中包含相应的错误码，进行服务器端程序设计时不需调用 connect 函数。

4．listen()函数

在服务器端程序中，当 socket 与某一端口绑定后，需要监听该端口，

及时处理到达该端口上的服务请求。