实验七Linux Socket编程 实验报告.docx
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实验七LinuxSocket编程实验报告
《计算机操作系统》实验报告
实验七：
LinuxSocket编程
学校：
╳╳╳
院系：
╳╳╳
班级：
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姓名：
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学号：
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指导教师：
╳╳╳
实验七：
LinuxSocket编程
一、实验题目
LinuxSocket编程
二、实验学时
3学时
三、指导老师
╳╳╳
四、实验日期
2018年12月17日星期一
五、实验目的
（1）了解socket含义
（2）设计socket程序，实现远程服务器端和客户端的通信
六、实验原理
6.1什么是Socket
Socket接口是TCP/IP网络的API，Socket接口定义了许多函数或例程，程序员可以用它们来开发TCP/IP网络上的应用程序。
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。
如果了解Unix系统的输入和输出的话，就很容易了解Socket了。
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。
6.2Socket建立
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），允许程序使用低层协议；protocol通常赋值"0"。
Socket（）调用返回一个整型socket描述符，你可以在后面的调用使用它。
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，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。
6.3Socket配置
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，随后你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）;
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以保持与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；或者相反。
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*/
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则不需要转换。
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，你可以选择大于1024中的任何一个没有被占用的端口号。
6.4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，并且设置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的机器的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执行体为你的程序自动选择一个未被占用的端口，并通知你的程序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序使用socket时才需要将此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，直到程序处理它们。
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（）它们（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（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。
6.5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是一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。
在程序中应该将send（）的返回值与欲发送的字节数进行比较。
当send（）返回值与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并没有与远端机器建立连接，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是一个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，你也可以利用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。
6.6结束传输
当所有的数据操作结束以后，你可以调用close（）函数来释放该socket，从而停止在该socket上的任何数据操作：
close（sockfd）;
你也可以调用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。
如你可以关闭某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。
七、实验步骤及结果
7.1编译服务端（server.c）
7.2编译客户端（client.c）
7.3服务端与客户端交互
八、报告书写人
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附录一服务端（server.c）
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSERVER_PORT10086
intmain（）
{
intserverSocket;
structsockaddr_inserver_addr;
structsockaddr_inclientAddr;
intaddr_len=sizeof（clientAddr）;
intclient;
charbuffer[200];
intiDataNum;
if（（serverSocket=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0））<0）
{
perror（"socket"）;
return1;
}
bzero（&server_addr,sizeof（server_addr））;
server_addr.sin_family=AF_INET;
server_addr.sin_port=htons（SERVER_PORT）;
server_addr.sin_addr.s_addr=htonl（INADDR_ANY）;
if（bind（serverSocket,（structsockaddr*）&server_addr,sizeof（server_addr））<0）
{
perror（"connect"）;
return1;
}
if（listen（serverSocket,5）<0）
{
perror（"listen"）;
return1;
}
while
（1）
{
printf（"监听端口:
%d\n",SERVER_PORT）;
client=accept（serverSocket,（structsockaddr*）&clientAddr,（socklen_t*）&addr_len）;
if（client<0）
{
perror（"accept"）;
continue;
}
printf（"等待消息...\n"）;
printf（"IPis%s\n",inet_ntoa（clientAddr.sin_addr））;
printf（"Portis%d\n",htons（clientAddr.sin_port））;
while
（1）
{
printf（"读取消息:
"）;
buffer[0]='\0';
iDataNum=recv（client,buffer,1024,0）;
if（iDataNum<0）
{
perror（"recvnull"）;
continue;
}
buffer[iDataNum]='\0';
if（strcmp（buffer,"quit"）==0）
break;
printf（"%s\n",buffer）;
if（strcmp（buffer,"quit"）==0）
break;
}
}
close（serverSocket）;
return0;
}
附录二客户端（client.c）
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#defineSERVER_PORT6666
intmain（）
{
intclientSocket;
structsockaddr_inserverAddr;
charsendbuf[200];
charrecvbuf[200];
intiDataNum;
if（（clientSocket=socket（AF_INET,SOCK_STREAM,0））<0）
{
perror（"socket"）;
return1;
}
serverAddr.sin_family=AF_INET;
serverAddr.sin_port=htons（SERVER_PORT）;
serverAddr.sin_addr.s_addr=inet_addr（"127.0.0.1"）;
if（connect（clientSocket,（structsockaddr*）&serverAddr,sizeof（serverAddr））<0）
{
perror（"connect"）;
return1;
}
printf（"连接到主机...\n"）;
while
（1）
{
printf（"发送消息:
"）;
scanf（"%s",sendbuf）;
//printf（"\n"）;
send（clientSocket,sendbuf,strlen（sendbuf）,0）;
if（strcmp（sendbuf,"quit"）==0）
break;
}
close（clientSocket）;
return0;
}
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