網(wǎng)絡(luò)編程(華清遠(yuǎn)見內(nèi)部培訓(xùn)資料)

1、主要內(nèi)容Internet與TCP/IP協(xié)議 Internet歷史 OSI模型與TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu) TCP/IP協(xié)議 TCP和UDP協(xié)議TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程 預(yù)備知識系統(tǒng)調(diào)用TCP編程/UDP編程 API網(wǎng)絡(luò)封包格式和IP，TCP頭TCP握手過程I/O模型和服務(wù)器模型網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析wireshark和tcpdump 使用網(wǎng)絡(luò)高級話題網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置和超時(shí)檢測帶外數(shù)據(jù)及編程方法廣播和組播UNIX域套接字Internet與TCP/IP協(xié)議Internet歷史歷史OSI模型與模型與TCP/IP協(xié)議體系結(jié)構(gòu)協(xié)議體系結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議協(xié)議TCP和和UDP協(xié)議協(xié)議Internet的歷史Interne

2、t“冷戰(zhàn)”的產(chǎn)物1957年10月和11月，前蘇聯(lián)先后有兩顆“Sputnik”衛(wèi)星上天1958年美國總統(tǒng)艾森豪威爾向美國國會提出建立DARPA (Defense Advanced Research Project Agency)，即國防部高級研究計(jì)劃署，簡稱ARPA1968年6月DARPA提出“資源共享計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)” (Resource Sharing Computer Networks)，目的在于讓DARPA的所有電腦互連起來，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)就叫做ARPAnet，即“阿帕網(wǎng)”，是Interne的最早雛形6Linux為用戶提供了完善的、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能在Internet中，為了使硬件和軟件有差異的計(jì)算機(jī)之

3、間聯(lián)網(wǎng)、彼此之間數(shù)據(jù)兼容，需要建立一種大家共同都必須遵守的標(biāo)準(zhǔn)，這樣才能讓不同的電腦按照一定的規(guī)則數(shù)據(jù)交互和資源共享，這種標(biāo)準(zhǔn)就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)地址A類地址第1字節(jié)為網(wǎng)絡(luò)地址，其他3個(gè)字節(jié)為主機(jī)地址。第1字節(jié)的最高位固定為0 55B類地址第1字節(jié)和第2字節(jié)是網(wǎng)絡(luò)地址，其他2個(gè)字節(jié)是主機(jī)地址。第1字節(jié)的前兩位固定為10 55C類地址前3個(gè)字節(jié)是網(wǎng)絡(luò)地址，最后1個(gè)字節(jié)是主機(jī)地址。第1字節(jié)的前3位固定為110 55D類地址（組播地址）不分網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址，第1字節(jié)

4、的前4位固定為1110 網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)采用分而治之的方法設(shè)計(jì)，將網(wǎng)絡(luò)的功能劃分為不同的模塊，以分層的形式有機(jī)組合在一起。每層實(shí)現(xiàn)不同的功能，其內(nèi)部實(shí)現(xiàn)方法對外部其他層次來說是透明的。每層向上層提供服務(wù)，同時(shí)使用下層提供的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)即指網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)和每層所使用協(xié)議的集網(wǎng)絡(luò)的層次結(jié)構(gòu)和每層所使用協(xié)議的集合合兩類非常重要的體系結(jié)構(gòu)：OSI與TCP/IPOSI開放系統(tǒng)互聯(lián)模型OSI模型相關(guān)的協(xié)議已經(jīng)很少使用，但模型本身非常通用OSI模型是一個(gè)理想化的模型，由于過于復(fù)雜，在實(shí)際中得不到廣泛的使用，尚未有完整的實(shí)現(xiàn)。OSI模型共有七層(右圖)。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)促成了TCP/IP協(xié)議的

5、產(chǎn)生早期的ARPAnet使用網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議(Network Control Protocol，NCP)，不同類型和不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)不能互聯(lián)，并且NCP沒有糾錯(cuò)功能。1973年由Kahn和Vinton Cerf兩人合作為ARPAnet開發(fā)了新的互聯(lián)協(xié)議。1974年12月兩人正式發(fā)表第一份TCP協(xié)議詳細(xì)說明，從此，TCP/IP協(xié)議誕生。1983年ARPAnet上停止使用NCP，互聯(lián)網(wǎng)上的主機(jī)全部使用TCP/IP協(xié)議。TCP/IP協(xié)議成為Internet中的“世界語”網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)促成了TCP/IP協(xié)議的產(chǎn)生TCP/IP協(xié)議TCP/IP協(xié)議傳輸控制/網(wǎng)際協(xié)議(Transfer Control Proto

6、col/Internet Protocol) 又稱作網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議Internet國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，RFC793TCP/IP實(shí)際上是由幾個(gè)不同的協(xié)議組成的，這些協(xié)議在不同層面上提供不同的應(yīng)用和服務(wù)。所以又稱為TCP/IP協(xié)議族。四個(gè)層次：網(wǎng)絡(luò)接口層、網(wǎng)際層、傳輸層、應(yīng)用層TCP/IP協(xié)議族的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP協(xié)議是Internet事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一共有四層TCP/IP與OSI參考模型的對應(yīng)關(guān)系TCP/IP協(xié)議下的數(shù)據(jù)包EthernetheaderIP headerTCPheaderApp.headerUser dataEthernettrailer14202046 - 1500數(shù)據(jù)的封裝與

7、傳遞過程TCP頭17IP頭18TCP協(xié)議特點(diǎn)TCP（即傳輸控制協(xié)議）：是一種面向連接的傳輸層協(xié)議，它能提供高可靠性通信(即數(shù)據(jù)無誤、數(shù)據(jù)無丟失、數(shù)據(jù)無失序、數(shù)據(jù)無重復(fù)到達(dá)的通信)適用情況：適合于對傳輸質(zhì)量要求較高，以及傳輸大量數(shù)據(jù)的通信。在需要可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱龊?，通常使用TCP協(xié)議1.MSN/QQ等即時(shí)通訊軟件的用戶登錄賬戶管理相關(guān)的功能通常采用TCP協(xié)議UDP協(xié)議的特點(diǎn)UDP（User Datagram Protocol）用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議，是不可靠的無連接的協(xié)議。在數(shù)據(jù)發(fā)送前，因?yàn)椴恍枰M(jìn)行連接，所以可以進(jìn)行高效率的數(shù)據(jù)傳輸。適用情況：發(fā)送小尺寸數(shù)據(jù)（如對DNS服務(wù)器進(jìn)行IP地址查詢時(shí)）在接收

8、到數(shù)據(jù)，給出應(yīng)答較困難的網(wǎng)絡(luò)中使用UDP。（如：無線網(wǎng)絡(luò)）適合于廣播/組播式通信中。MSN/QQ/Skype等即時(shí)通訊軟件的點(diǎn)對點(diǎn)文本通訊以及音視頻通訊通常采用UDP協(xié)議1.流媒體、VOD、VoIP、IPTV等網(wǎng)絡(luò)多媒體服務(wù)中通常采用UDP方式進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸U(kuò)PD頭21TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程預(yù)備知識預(yù)備知識系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用TCP編程編程/UDP編程編程 API網(wǎng)絡(luò)封包格式和網(wǎng)絡(luò)封包格式和IP，TCP頭頭TCP握手過程握手過程I/O模型和服務(wù)器模型模型和服務(wù)器模型網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析wireshark和和tcpdump 使用使用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程預(yù)備知識SocketIP地址端口

9、號字節(jié)序Socket 簡介1982 - Berkeley Software Distributions 操作系統(tǒng)引入了socket作為本地進(jìn)程之間通信的接口1986 - Berkeley 擴(kuò)展了socket 接口，使之支持UNIX 下的TCP/IP 通信現(xiàn)在很多應(yīng)用 (FTP, Telnet, etc) 都依賴這一接口Socket 簡介Socket是一個(gè)編程接口是一種特殊的文件描述符 (everything in Unix is a file)并不僅限于TCP/IP協(xié)議面向連接 (Transmission Control Protocol - TCP/IP)無連接 (User Datagram

10、 Protocol -UDP 和 Inter-network Packet Exchange - IPX) 為什么需要Socket普通的I/O操作過程打開文件讀/寫操作關(guān)閉文件TCP/IP協(xié)議被集成到操作系統(tǒng)的內(nèi)核中，引入了新型的“I/O”操作進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的兩個(gè)進(jìn)程在不同的機(jī)器上，如何連接？網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有多樣性，如何進(jìn)行統(tǒng)一的操作需要一種通用的網(wǎng)絡(luò)編程接口：SSocket類型流式套接字(SOCK_STREAM)提供了一個(gè)面向連接、可靠的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，數(shù)據(jù)無差錯(cuò)、無重復(fù)的發(fā)送且按發(fā)送順序接收。內(nèi)設(shè)置流量控制，避免數(shù)據(jù)流淹沒慢的接收方。數(shù)據(jù)被看作是字節(jié)流，無長度限制。數(shù)據(jù)報(bào)套接字(SOCK_DGRA

11、M)提供無連接服務(wù)。數(shù)據(jù)包以獨(dú)立數(shù)據(jù)包的形式被發(fā)送，不提供無差錯(cuò)保證，數(shù)據(jù)可能丟失或重復(fù)，順序發(fā)送，可能亂序接收。原始套接字(SOCK_RAW)可以對較低層次協(xié)議如IP、ICMP直接訪問。IP地址IP地址是Internet中主機(jī)的標(biāo)識Internet中的主機(jī)要與別的機(jī)器通信必須具有一個(gè)IP地址IP地址為32位（IPv4）或者128位（IPv6）每個(gè)數(shù)據(jù)包都必須攜帶目的IP地址和源IP地址，路由器依靠此信息為數(shù)據(jù)包選擇路由表示形式：常用點(diǎn)分形式，如0，最后都會轉(zhuǎn)換為一個(gè)32位的無符號整數(shù)。IP地址分類子網(wǎng)掩碼端口號為了區(qū)分一臺主機(jī)接收到的數(shù)據(jù)包應(yīng)該轉(zhuǎn)交給哪個(gè)進(jìn)程來進(jìn)行處理，

12、使用端口號來區(qū)別TCP端口號與UDP端口號獨(dú)立端口號一般由IANA (Internet Assigned Numbers Authority) 管理眾所周知端口：11023（1255之間為眾所周知端口，2561023端口通常由UNIX系統(tǒng)占用）注冊端口：102449150動態(tài)或私有端口：套接字和端口進(jìn)程 -2 TCPUDPIP (+ICMP)網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)線進(jìn)程 -1 進(jìn)程 -4 進(jìn)程 -3 端口內(nèi)核每個(gè) socket 都和端口、協(xié)議相聯(lián)系套接字和端口 tcpmux .系統(tǒng)分配的端口 171024-500021ftpecho 23telnet自己分配的端口 5001-65536保留的端口注冊的端口其

13、他端口字節(jié)序不同類型CPU的主機(jī)中，內(nèi)存存儲多字節(jié)整數(shù)序列有兩種方法，稱為主機(jī)字節(jié)序(HBO)：小端序（little-endian） - 低序字節(jié)存儲在低地址將低字節(jié)存儲在起始地址，稱為“Little-Endian”字節(jié)序，Intel、AMD等采用的是這種方式；大端序（big-endian）- 高序字節(jié)存儲在低地址將高字節(jié)存儲在起始地址，稱為“Big-Endian”字節(jié)序，由ARM、Motorola等所采用網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須按網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序，即大端字節(jié)序在大部分PC機(jī)上，當(dāng)應(yīng)用進(jìn)程將整數(shù)送入socket前，需要轉(zhuǎn)化成網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序；當(dāng)應(yīng)用進(jìn)程從socket取出整數(shù)后，要轉(zhuǎn)化成小端字節(jié)序（原因？）字節(jié)

14、序網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序(NBO - Network Byte Order)使用統(tǒng)一的字節(jié)順序，避免兼容性問題主機(jī)字節(jié)序(HBO - Host Byte Order)不同的機(jī)器HBO是不一樣的，這與CPU的設(shè)計(jì)有關(guān)Motorola 68K系列、ARM系列，HBO與NBO是一致的Intel X86系列，HBO與NBO不一致字節(jié)序轉(zhuǎn)換函數(shù)把給定系統(tǒng)所采用的字節(jié)序稱為主機(jī)字節(jié)序。為了避免不同類別主機(jī)之間在數(shù)據(jù)交換時(shí)由于對于字節(jié)序的不同而導(dǎo)致的差錯(cuò)，引入了網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序。主機(jī)字節(jié)序到網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序u_long htonl (u_long hostlong);u_short htons (u_short short);網(wǎng)絡(luò)

15、字節(jié)序到主機(jī)字節(jié)序u_long ntohl (u_long hostlong);u_short ntohs (u_short short);IP地址的轉(zhuǎn)換inet_aton( )將strptr所指的字符串轉(zhuǎn)換成32位的網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序二進(jìn)制值#include int inet_aton(const char *strptr, struct in_addr *addrptr);inet_addr( )功能同上，返回轉(zhuǎn)換后的地址。int_addr_t inet_addr(const char *strptr);inet_ntoa( )將32位網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序二進(jìn)制地址轉(zhuǎn)換成點(diǎn)分十進(jìn)制的字符串。char *in

16、et_ntoa(stuct in_addr inaddr);inet_pton()將IPV4/IPV6的地址轉(zhuǎn)換成binary格式int inet_pton(int af, const char *src, void *dst);TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程預(yù)備知識預(yù)備知識系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用TCP編程編程/UDP編程編程 API網(wǎng)絡(luò)封包格式和網(wǎng)絡(luò)封包格式和IP，TCP頭頭TCP握手過程握手過程I/O模型和服務(wù)器模型模型和服務(wù)器模型網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析wireshark和和tcpdump 使用使用網(wǎng)絡(luò)編程相關(guān)API網(wǎng)絡(luò)編程常用函數(shù)socket()創(chuàng)建套接字bind()綁定本機(jī)地址和端口co

17、nnect()建立連接listen()設(shè)置監(jiān)聽端口accept()接受TCP連接recv(), read(), recvfrom()數(shù)據(jù)接收send(), write(), sendto()數(shù)據(jù)發(fā)送close(), shutdown()關(guān)閉套接字38socketint socket (int domain, int type, int protocol);domain 是地址族PF_INET / internet 協(xié)議PF_UNIX / unix internal協(xié)議PF_NS / Xerox NS協(xié)議PF_IMPLINK / Interface Message協(xié)議type / 套接字類型SO

18、CK_STREAM / 流式套接字SOCK_DGRAM / 數(shù)據(jù)報(bào)套接字SOCK_RAW / 原始套接字protocol 參數(shù)通常置為int socket_fd = socket (AF_INET, SOCK_STREAM, 0);“PF_INET” = 使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議族“SOCK_STREAM” = 使用 TCPreturns socket ID on successreturn -1 on error總是 0socket 地址相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通用地址結(jié)構(gòu) struct sockaddr u_short sa_family; / 地址族, AF_xxx char sa_data14; / 14字

19、節(jié)協(xié)議地址 ;Internet協(xié)議地址結(jié)構(gòu) struct sockaddr_in u_short sin_family; / 地址族, AF_INET，2 bytes u_short sin_port; / 端口，2 bytes struct in_addr sin_addr; / IPV4地址，4 bytes char sin_zero8; / 8 bytes unused，作為填充 ; 地址相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)IPv4地址結(jié)構(gòu)/ internet address struct in_addr in_addr_t s_addr; / u32 network address ;bind ()int

20、bind(int sockfd, struct sockaddr *my_addr, int addrlen) ; 頭文件:#include #include sockfd: socket調(diào)用返回的文件描述符 addrlen: sockaddr地址結(jié)構(gòu)的長度返回值：0或-int status = bind (sockfd, (struct sockaddr *) &my_addr, sizeof(my_addr);sockaddr_in 結(jié)構(gòu)，描述本機(jī)的端口和 IP 地址sockaddr_in 結(jié)構(gòu)的字節(jié)長度return code (-1 if error)sockfd is returned

21、 by socket()bind ()bind int bind (int sockfd, struct sockaddr* addr, int addrLen);sockfd 由socket() 調(diào)用返回addr 是指向 sockaddr_in 結(jié)構(gòu)的指針，包含本機(jī)IP 地址和端口號struct sockaddr_inu_short sin_family / protocol familyu_short sin_port / port numberstruct in_addr sin_addr /IP address (32-bits)addrLen : sizeof (struct soc

22、kaddr_in)struct sockaddr_in my_addr; /* My (client) Internet address */* Set My(clients) IP Address - */my_addr.sin_family = PF_INET; /* Protocol Family To Be Used */ my_addr.sin_port = htons (6666); /* Port number to use */ my_addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“00”); /* My IP address */ S

23、tep 1: 初始化該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Step 2: 填充信息how to fill addr info地址結(jié)構(gòu)的一般用法定義一個(gè)struct sockaddr_in類型的變量并清空struct sockaddr_in myaddr;memset(&myaddr, 0, sizeof(myaddr);填充地址信息myaddr.sin_family = PF_INET;myaddr.sin_port = htons(8888); myaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(“00”);將該變量強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為struct sockaddr類型在函數(shù)中使用bind

24、(listenfd, (struct sockaddr*)(&myaddr), sizeof(myaddr);unsigned long inet_addr(char *address); address是以0結(jié)尾的點(diǎn)分IPv4字符串。該函數(shù)返回32位的地址。如果字符串包含的不是合法的IP地址，則函數(shù)返回-1。例如：struct in_addr addr；addr.s_addr = inet_addr( 00 );char* inet_ntoa(struct in_addr address); address是IPv4地址結(jié)構(gòu)，函數(shù)返回一指向包含點(diǎn)分IP地址的靜態(tài)存儲區(qū)字

25、符指針。如果錯(cuò)誤則函數(shù)返回NULL地址轉(zhuǎn)換函數(shù)listen int listen (int sockfd, int backlog);sockfd:sockfd:監(jiān)聽連接的套接字backlogbacklog指定了正在等待連接的最大隊(duì)列長度，它的作用在于處理可能同時(shí)出現(xiàn)的幾個(gè)連接請求。DoS(拒絕服務(wù))攻擊即利用了這個(gè)原理，非法的連接占用了全部的連接數(shù)，造成正常的連接請求被拒絕。返回值： 0 或 -完成listen()調(diào)用后，socket變成了監(jiān)聽socket(listening socket).accept()int accept(int sockfd, struct sockaddr *ad

26、dr, socklen_t *addrlen) ;返回值：已建立好連接的套接字或-1頭文件#include #include sockfd : 監(jiān)聽套接字 addr : 對方地址addrlen：地址長度listen()和accept()是TCP服務(wù)器端使用的函數(shù)int new_accepted_fd = accept (listen_fd, (struct sockaddr *) client_addr,指針: 接收連接的sockaddr_in結(jié)構(gòu)體的長度一個(gè)新的已連接的socket(-1 if error)接受客戶連接的socket, 即listening socketclient_addr

27、_length);接收外來連接的地址信息，如果不關(guān)心，可置為NULLaccept ( ) 函數(shù)connect()int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, int addrlen);返回值：0 或 -1頭文件：#include #include sockfd : socket返回的文件描述符serv_addr : 服務(wù)器端的地址信息 addrlen : serv_addr的長度 connect()是客戶端使用的系統(tǒng)調(diào)用。int status = connect (socket_fd, (struct sockaddr *) &addr

28、, sizeof(addr);struct sockaddr結(jié)構(gòu)，描述服務(wù)器的端口和 IP 地址struct sockaddr 結(jié)構(gòu)的字節(jié)長度return code (-1 if error)socket_fd returned by socket() system callconnect( ) 函數(shù)send()ssize_t send(int socket, const void *buffer, size_t length, int flags);返回值：成功：實(shí)際發(fā)送的字節(jié)數(shù)失?。?1, 并設(shè)置errno頭文件：#include buffer : 發(fā)送緩沖區(qū)首地址length : 發(fā)送的

29、字節(jié)數(shù)flags : 發(fā)送方式（通常為0）int status = send (socket_fd, out_buffer, MAX_BUFFER_SIZE, 0);return code (-1 if error)socket returned by socket()or accept()Always 0The maximum buffer size待發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的指針on success, the number of bytes actually sentsend ( ) 函數(shù)recv()ssize_t recv(int socket, const void *buffer, size_

30、t length, int flags);返回值：成功：實(shí)際接收的字節(jié)數(shù)失?。?1, 并設(shè)置errno頭文件：#include buffer : 發(fā)送緩沖區(qū)首地址length : 發(fā)送的字節(jié)數(shù)flags : 接收方式（通常為0）int status = recv (socket_fd, in_buffer, MAX_BUFFER_SIZE, 0);return code (-1 if error)Always 0The maximum buffer size接收數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)的指針Example: char in_buffer MAX_BUFFERSocket fd returnedby soc

31、ket() callon success, the number of bytes receivedrecv ( ) 函數(shù)read()/write()ssize_t read(int fd, void *buf, size_t count);ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count); read()和write()經(jīng)常會代替recv()和send()，通常情況下，看程序員的偏好 使用read()/write()和recv()/send()時(shí)最好統(tǒng)一sendto()，recvfrom()ssize_t sendto(int socke

32、t, void *message, size_t length, int flags, struct sockaddr *dest_addr, socklen_t dest_len);ssize_t recvfrom(int socket, void *buffer, size_t length, int flags, struct sockaddr *address, socklen_t *address_len);這兩個(gè)函數(shù)一般在使用UDP協(xié)議時(shí)使用2.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程預(yù)備知識預(yù)備知識系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用TCP編程編程/UDP編程編程 API網(wǎng)絡(luò)封包格式和網(wǎng)絡(luò)封包格式和IP，TCP頭頭TC

33、P握手過程握手過程I/O模型和服務(wù)器模型模型和服務(wù)器模型網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析wireshark和和tcpdump 使用使用TCP編程APIUDP編程API2.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程預(yù)備知識預(yù)備知識系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用TCP編程編程/UDP編程編程 API網(wǎng)絡(luò)封包格式和網(wǎng)絡(luò)封包格式和IP，TCP頭頭TCP握手過程握手過程I/O模型和服務(wù)器模型模型和服務(wù)器模型網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析wireshark和和tcpdump 使用使用TCP/IP協(xié)議網(wǎng)絡(luò)封包格式 EthernetheaderIP headerTCPheaderApp.headerUser dataEthernett

34、railer14202046 - 15002.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程預(yù)備知識預(yù)備知識系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用TCP編程編程/UDP編程編程 API網(wǎng)絡(luò)封包格式和網(wǎng)絡(luò)封包格式和IP，TCP頭頭TCP握手過程握手過程I/O模型和服務(wù)器模型模型和服務(wù)器模型網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析wireshark和和tcpdump 使用使用TCP三次/四次握手2.TCP/IP網(wǎng)絡(luò)編程預(yù)備知識預(yù)備知識系統(tǒng)調(diào)用系統(tǒng)調(diào)用TCP編程編程/UDP編程編程 API網(wǎng)絡(luò)封包格式和網(wǎng)絡(luò)封包格式和IP，TCP頭頭TCP握手過程握手過程I/O模型和服務(wù)器模型模型和服務(wù)器模型網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和協(xié)議分析wireshark和和t

35、cpdump 使用使用IO模型 在UNIX/Linux下主要有4種I/O 模型：阻塞I/O：最常用、最簡單、效率最低非阻塞I/O：可防止進(jìn)程阻塞在I/O操作上，需要輪詢I/O 多路復(fù)用：允許同時(shí)對多個(gè)I/O進(jìn)行控制信號驅(qū)動I/O:一種異步通信模型阻塞I/O 模式阻塞I/O 模式是最普遍使用的I/O 模式，大部分程序使用的都是阻塞模式的I/O 。缺省情況下，套接字建立后所處于的模式就是阻塞I/O 模式。前面學(xué)習(xí)的很多讀寫函數(shù)在調(diào)用過程中會發(fā)生阻塞。讀操作中的read、recv、recvfrom寫操作中的write、send其他操作：accept、讀阻塞以read函數(shù)為例：進(jìn)程調(diào)用read函數(shù)從套

36、接字上讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)套接字的接收緩沖區(qū)中還沒有數(shù)據(jù)可讀，函數(shù)read將發(fā)生阻塞。它會一直阻塞下去，等待套接字的接收緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)可讀。經(jīng)過一段時(shí)間后，緩沖區(qū)內(nèi)接收到數(shù)據(jù)，于是內(nèi)核便去喚醒該進(jìn)程，通過read訪問這些數(shù)據(jù)。如果在進(jìn)程阻塞過程中，對方發(fā)生故障，那這個(gè)進(jìn)程將永遠(yuǎn)阻塞下去。寫阻塞在寫操作時(shí)發(fā)生阻塞的情況要比讀操作少。主要發(fā)生在要寫入的緩沖區(qū)的大小小于要寫入的數(shù)據(jù)量的情況下。這時(shí)，寫操作不進(jìn)行任何拷貝工作，將發(fā)生阻塞。一量發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)有足夠的空間，內(nèi)核將喚醒進(jìn)程，將數(shù)據(jù)從用戶緩沖區(qū)中拷貝到相應(yīng)的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。UDP不用等待確認(rèn)，沒有實(shí)際的發(fā)送緩沖區(qū)，所以UDP協(xié)議中不存在發(fā)送緩沖區(qū)滿的情

37、況，在UDP套接字上執(zhí)行的寫操作永遠(yuǎn)都不會阻塞。非阻塞模式I/O當(dāng)我們將一個(gè)套接字設(shè)置為非阻塞模式，我們相當(dāng)于告訴了系統(tǒng)內(nèi)核：“當(dāng)我請求的I/O 操作不能夠馬上完成，你想讓我的進(jìn)程進(jìn)行休眠等待的時(shí)候，不要這么做，請馬上返回一個(gè)錯(cuò)誤給我?！碑?dāng)一個(gè)應(yīng)用程序使用了非阻塞模式的套接字，它需要使用一個(gè)循環(huán)來不停地測試是否一個(gè)文件描述符有數(shù)據(jù)可讀（稱做polling）。應(yīng)用程序不停的polling 內(nèi)核來檢查是否I/O操作已經(jīng)就緒。這將是一個(gè)極浪費(fèi)CPU 資源的操作。這種模式使用中不普遍。非阻塞模式I/O套接字緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)套接字緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)到達(dá)，進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)制用戶態(tài)核心態(tài)readread 返回readr

38、eadread 返回read 返回多次調(diào)用read后EWOULDBLOCKEWOULDBLOCK讀到數(shù)據(jù) 套接字緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)多路復(fù)用I/O應(yīng)用程序中同時(shí)處理多路輸入輸出流，若采用阻塞模式，將得不到預(yù)期的目的；若采用非阻塞模式，對多個(gè)輸入進(jìn)行輪詢，但又太浪費(fèi)CPU時(shí)間；若設(shè)置多個(gè)進(jìn)程，分別處理一條數(shù)據(jù)通路，將新產(chǎn)生進(jìn)程間的同步與通信問題，使程序變得更加復(fù)雜；比較好的方法是使用I/O多路復(fù)用。其基本思想是：先構(gòu)造一張有關(guān)描述符的表，然后調(diào)用一個(gè)函數(shù)。當(dāng)這些文件描述符中的一個(gè)或多個(gè)已準(zhǔn)備好進(jìn)行I/O時(shí)函數(shù)才返回。函數(shù)返回時(shí)告訴進(jìn)程那個(gè)描述符已就緒，可以進(jìn)行I/O操作。select()/poll(

39、)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用#include int poll(struct pollfd *ufds, unsigned int nfds, int timeout);#include #include #include int select(int n, fd_set *read_fds, fd_set *write_fds, fd_set *except_fds, struct timeval *timeout);select()參數(shù)maxfd所有監(jiān)控的文件描述符中最大的那一個(gè)加1read_fds所有要讀的文件文件描述符的集合 write_fds所有要的寫文件文件描述符的集合 except_fds其他

40、要向我們通知的文件描述符 timeout超時(shí)設(shè)置. Null：一直阻塞，直到有文件描述符就緒或出錯(cuò)時(shí)間值為0：僅僅檢測文件描述符集的狀態(tài)，然后立即返回時(shí)間值不為0：在指定時(shí)間內(nèi)，如果沒有事件發(fā)生，則超時(shí)返回。函數(shù)select在我們調(diào)用select時(shí)進(jìn)程會一直阻塞直到以下的一種情況發(fā)生. 有文件可以讀.有文件可以寫.超時(shí)所設(shè)置的時(shí)間到. 為了設(shè)置文件描述符我們要使用幾個(gè)宏：FD_SET 將fd加入到fdset FD_CLR 將fd從fdset里面清除 FD_ZERO 從fdset中清除所有的文件描述符 FD_ISSET 判斷fd是否在fdset集合中 select宏的形式:void FD_ZER

41、O(fd_set *fdset)void FD_SET(int fd,fd_set *fdset) void FD_CLR(int fd,fd_set *fdset) int FD_ISSET(int fd,fd_set *fdset) TCP多路復(fù)用關(guān)鍵點(diǎn)： 1. select( )函數(shù)里面的各個(gè)文件描述符fd_set集合的參數(shù)在select( )前后發(fā)生了變化： 前：表示關(guān)心的文件描述符集合 后：有數(shù)據(jù)的集合（如不是在超時(shí)還回情況下） 2. 那么究竟是誰動了fd_set集合的奶酪？ 答曰：kernel 思考： 這種模式下，多路網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)候能否真正多路并發(fā)處理？如果能，請說明理由，如不能，請

42、給出改進(jìn)意見 select實(shí)例 參見Select DEMO3. 網(wǎng)絡(luò)編程高級話題網(wǎng)絡(luò)編程高級話題網(wǎng)絡(luò)信息檢索、網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置和超時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)信息檢索、網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置和超時(shí)檢測TCP帶外數(shù)據(jù)及編程方法帶外數(shù)據(jù)及編程方法廣播和組播廣播和組播UNIX域套接字域套接字網(wǎng)絡(luò)信息檢索函數(shù)gethostname()獲得主機(jī)名getpeername()獲得與套接口相連的遠(yuǎn)程協(xié)議地址getsockname()獲得本地套接口協(xié)議地址gethostbyname()根據(jù)主機(jī)名取得主機(jī)信息 endhostent()gethostbyaddr()根據(jù)主機(jī)地址取得主機(jī)信息getprotobyname()根據(jù)協(xié)議名取得主機(jī)協(xié)議信息

43、getprotobynumber()根據(jù)協(xié)議號取得主機(jī)協(xié)議信息getservbyname()根據(jù)服務(wù)名取得相關(guān)服務(wù)信息getservbyport()根據(jù)端口號取得相關(guān)服務(wù)信息網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置getsockopt和setsockoptint getsockopt(int sockfd,int level,int optname,void *optval,socklen_t *optlen)int setsockopt(int sockfd,int level,int optname,const void *optval,socklen_t *optlen)level指定控制套接字的層次.可以取三種值

44、: 1)SOL_SOCKET:通用套接字選項(xiàng). 2)IPPROTO_IP:IP選項(xiàng). 3)IPPROTO_TCP:TCP選項(xiàng).optname指定控制的方式(選項(xiàng)的名稱),我們下面詳細(xì)解釋optval獲得或者是設(shè)置套接字選項(xiàng).根據(jù)選項(xiàng)名稱的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行轉(zhuǎn)換選項(xiàng)名稱說明數(shù)據(jù)類型 = SOL_SOCKET - SO_BROADCAST允許發(fā)送廣播數(shù)據(jù)int SO_DEBUG允許調(diào)試int SO_DONTROUTE不查找路由int SO_ERROR獲得套接字錯(cuò)誤int SO_KEEPALIVE保持連接int SO_LINGER 延遲關(guān)閉連接struct linger SO_OOBINLINE帶外數(shù)據(jù)放

45、入正常數(shù)據(jù)流int SO_RCVBUF 接收緩沖區(qū)大小int SO_SNDBUF 發(fā)送緩沖區(qū)大小int SO_RCVLOWAT 接收緩沖區(qū)下限int SO_SNDLOWAT 發(fā)送緩沖區(qū)下限int SO_RCVTIMEO 接收超時(shí)struct timeval SO_SNDTIMEO 發(fā)送超時(shí)struct timeval SO_REUSERADDR 允許重用本地地址和端口int SO_TYPE 獲得套接字類型int SO_BSDCOMPAT與BSD系統(tǒng)兼容 int = IPPROTO_IP - IP_HDRINCL在數(shù)據(jù)包中包含IP首部int IP_OPTINOSIP首部選項(xiàng)int IP_TOS服

46、務(wù)類型 IP_TTL生存時(shí)間int = IPPRO_TCP - TCP_MAXSEGTCP最大數(shù)據(jù)段的大小 int TCP_NODELAY 不使用Nagle算法 int = 網(wǎng)絡(luò)超時(shí)在網(wǎng)絡(luò)通信中，很多操作會使得進(jìn)程阻塞TCP套接字中的recv/accept/connectUDP套接字中的recvfrom超時(shí)檢測的必要性避免進(jìn)程在沒有數(shù)據(jù)時(shí)無限制地阻塞當(dāng)設(shè)定的時(shí)間到時(shí)，進(jìn)程從原操作返回繼續(xù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)超時(shí)檢測（一）設(shè)置socket的屬性 SO_RCVTIMEO參考代碼如下 struct timeval tv; tv.tv_sec = 5; / 設(shè)置5秒時(shí)間 tv.tv_usec = 0; setso

47、ckopt(sockfd, SOL_SOCKET, SO_RCVTIMEO, &tv, sizeof(tv); / 設(shè)置接收超時(shí) recv() / recvfrom() / 從socket讀取數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)超時(shí)檢測（二）用select檢測socket是否ready參考代碼如下 struct fd_set rdfs; struct timeval tv = 5 , 0; / 設(shè)置5秒時(shí)間 FD_ZERO(&rdfs); FD_SET(sockfd, &rdfs); if (select(sockfd+1, &rdfs, NULL, NULL, &tv) 0) / socket就緒 recv() / r

48、ecvfrom() / 從socket讀取數(shù)據(jù) 3. 網(wǎng)絡(luò)編程高級話題網(wǎng)絡(luò)編程高級話題網(wǎng)絡(luò)信息檢索、網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置和超時(shí)檢測網(wǎng)絡(luò)信息檢索、網(wǎng)絡(luò)屬性設(shè)置和超時(shí)檢測TCP帶外數(shù)據(jù)及編程方法帶外數(shù)據(jù)及編程方法廣播和組播廣播和組播UNIX域套接字域套接字廣播前面介紹的數(shù)據(jù)包發(fā)送方式只有一個(gè)接受方，稱為單播如果同時(shí)發(fā)給局域網(wǎng)中的所有主機(jī)，稱為廣播只有用戶數(shù)據(jù)報(bào)(使用UDP協(xié)議)套接字才能廣播廣播地址以 () 網(wǎng)段為例，最大的主機(jī)地址55代表該網(wǎng)段的廣播地址發(fā)到該地址的數(shù)據(jù)包被所有的主機(jī)接收55在所有網(wǎng)段中都代表廣播地址廣播發(fā)送創(chuàng)建用戶數(shù)據(jù)報(bào)套接字缺省創(chuàng)建的套接字不允許廣播數(shù)據(jù)包，需要設(shè)置屬性setsockopt可以設(shè)置套接字屬性接收方地址指定為廣播地址指定端口信息發(fā)送數(shù)據(jù)包setsockoptint setsockopt(int s, int level, int optname, const void *optval, socklen_t optlen);頭文件：level : 選項(xiàng)級別（例如SOL_SOCKET）optname : 選項(xiàng)名（例如SO_BROADCAST）optval : 存放選項(xiàng)值的緩沖區(qū)的地址optlen : 緩沖區(qū)長度返回值：成功返回0 失敗返