Socket 程式設計

Socket 程式設計

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• Introduction• Function Call• Design

Introduction• TCP/IP是一個協定，是一組支援網路溝通協定的集合。

– 定義網路傳送時的封包– 說明封包應包含哪些資訊

• TCP/IP模組架構包含4個階層– 網路存取層 ( 提供主機與實體網路連接，並具有發送封包的能力 )

– 網際網路層 ( 提供與硬體無關的 IP address ，並將封包封送至網路上 )

– 傳輸層 ( 是與網路應用程式間的界面，可分為 TCP 、 UDP)

– 應用層 ( 為網路除錯、檔案傳輸、遠端控制和網際網路活動提供應用程式 )

Introduction (cont.)

• TCP– TCP 是一個連結協定，透過 TCP 可確保接收端收到完整、正確的資料

• UDP– UDP 則是一個非連結協定，比 TCP 快，但可靠度差

應用層Application Layer

傳輸層Transport Layer

網際網路層Internet Layer

網路存取層Network Access Layer

Introduction (cont.)

• “Socket” 是一種可做雙向資料傳輸的通道，可經由此與 local 或是 remote 的程式做溝通。• Socket– local socket ：主要用來與本地端的程序溝通– internet-domain socket ：用來與遠地端的程序溝通

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Function Call

• IPv4 socket 定址結構struct sockaddr_in { sa_family_t sin_family; unsigned short int sin_port; struct in_addr sin_addr; };

結構成員說明sin_family 用來說明 socket 所使用的定址模式，在此必須設為

AF_INET ，表示 internet domain 的 socket 。sin_port 用來表示 TCP/IP 的 port umber ，設定 sin_port 必需使用

htons 函數作位元排序的動作。sin_addr 是一個 in_addr 的結構變數，用來表示 ip 位址。

Function Call (cont.)

• IPv4 socket 定址結構– Ex:#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>

struct sockaddr_in adr_srvr;adr_srvr.sin_family = AF_INET;adr_srvr.sin_addr.s_addr = inet_addr("192.168.1.100");//adr_srvr.sin_addr.s_addr = inet_addr(INADDR_ANY);adr_srvr.sin_port = htons(8000);


• 不論是 TCP 或 UDP 作為傳輸協定，都要透過socket 作資料傳輸，首要工作是先建立 socket

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

引數說明domain 設定為 AF_INET 表示 internet 協定type 連結的型態。

設定為 SOCK_STRREAM 表示 TCP 傳輸層協定。設定為 SOCK_DGRAM 表示 UCP 傳輸層協定。

protocol 通訊協定，一般為 0 ，表示自動選擇。


• socket()– Ex:#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>Int sockfd;sockfd = Socket(AF_INET, SOCK_STREAM, 0);

傳回值：成功：傳回 socket ID 。失敗：傳回 -1 。

Function Call (cont.)port type 說明20 TCP FTP - data port Official

21 TCP FTP - control (command) port Official

22 TCP SSH (Secure Shell) - used for secure logins, file transfers (scp, sftp) and port forwarding Official

23 TCP Telnet protocol - unencrypted text communications Official

25 TCP SMTP - used for e-mail routing between mailservers E-mails Official

53 TCP DNS (Domain Name System) Official

80 TCP HTTP (HyperText Transfer Protocol) - used for transferring web pages Official

80 TCP HTTP - HTTP listening port Official

110 TCP POP3 (Post Office Protocol version 3) - used for sending/retrieving E-mails

137 TCP NetBIOS NetBIOS Name Service Official

138 TCP NetBIOS NetBIOS Datagram Service Official

139 TCP NetBIOS NetBIOS Session Service Official

Function Call (cont.)port type 說明20 UDP FTP - data port Official

21 UDP FTP - control (command) port Official

22 UDP SSH (Secure Shell) - used for secure logins, file transfers (scp, sftp) and port forwarding Official

23 UDP Telnet protocol - unencrypted text communications Official

25 UDP SMTP - used for e-mail routing between mailservers E-mails Official

53 UDP DNS (Domain Name System) Official

67 UDP BOOTP (BootStrap Protocol) server; also used by DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Official

137 UDP NetBIOS NetBIOS Name Service Official

138 UDP NetBIOS NetBIOS Datagram Service Official

139 UDP NetBIOS NetBIOS Session Service Official


• 將 IPv4 socket 定址結構連結到所建立的socket

• int bind(int sockfd, const struct sockaddr *my_addr, size_t adr_len);

引數說明sockfd socket 函數執行後傳回的 socket ID

my_addr 指向 socket sockaddr_in 結構的指標，用來存放連結的IPv4 定址結構

adr_len struct sockaddr_in 結構的長度，可將其指定為sizeof(struct sockaddr_in)


• bind()– Ex:#include <sys/socket.h>

bind(sockfd, (struct sockaddr*)&adr_srvr, sizeof(struct sockaddr));

傳回值：成功：傳回 0 。失敗：傳回 -1 。


• 等待 client 端的連線要求，會把連線請求放在連線佇列中• int listen(int sockfd, int backlog);


backlog 指定最大連線的數量，通常為 5


• listen()– Ex:#include <sys/socket.h>Int num = 5;listen(sockfd, num);



• 呼叫 accept 函數來處理並接受佇列中的連線請求• int accept(int socketfd, struct sockaddr *addr, socklen_t addrlen);

引數說明sockfd socket 函數執行後傳回的 socket IDaddr 指向 struct sockaddr_in 結構的指標，用來存放 client 端的

IP addressaddrlen 存放 client IP address 變數的長度，初值為 sizeof(struct

sockaddr_in) ， accept() 執行成功後會回存實際的 client ip address 長度。


• accept()– Ex:#include <sys/socket.h>accept(sockfd, (struct sockaddr*)&adr_srvr, (struct sockaddr*)&sizeof(adr_srvr));

傳回值：成功：傳回 client 的 socket ID ，稱為 connect socket 。失敗：傳回 -1 。


• 用 connect() 函數向 server 端要求建立連線

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

引數說明sockfd socket 函數執行後傳回的 socket IDserv_addr 指向 struct sockaddr_in 結構的指標，用來存放 server 的

address1addrlen struct sockaddr_in 結構的長度，可指定為 sizeof(struct

sockaddr_in)


• connect()– Ex:#include <sys/socket.h>connect(sockfd, (struct sockaddr*)&adr_srvr, (struct sockaddr*)&sizeof(adr_srvr));



• 將資料寫入已經開啟的 socket

• int write(int sockfd, char *buf, int len);


buf 指向字元暫存器的指標，用來存放讀取到的資料len 欲讀取的字元長度。


• write()– Ex:#include <sys/socket.h>Char buf[MAX_PATH] = “HelloWorld”;write(sockfd, buf, sizeof(buf));

傳回值：成功：傳回寫入的字元數。失敗：傳回 -1 。


• 從已經開啟的 socket 讀取資料

• int read(int sockfd, char *buf, int len);


buf 指向字元暫存器的指標，用來存放讀取到的資料len 欲讀取的字元長度。


• read()– Ex:#include <sys/socket.h>Char buf[MAX_PATH];read(sockfd, buf, sizeof(buf));

傳回值：成功：傳回接收的字元數。失敗：傳回 -1 。


• 從已經開啟的 socket 傳送資料

• int send(int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags);

flags 引數說明MSG_OOB 接收的資料以 out-of-band 送出MSG_DONTROUTE 取消 route 的查詢MSG_DONTWAIT 傳送過程不可以被阻斷MSG_NOSIGNAL 傳送動作不會因 SIGPIPE 訊號中斷


• send()– Ex:#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>Char buf[MAX_PATH] = “HelloWorld”;send(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);

傳回值：成功：傳回傳送的字元數。失敗：傳回 -1 。


• 從已經開啟的 socket 接收資料

• int recv(int sockfd, const void *msg, int len, unsigned int flags);

flags 引數說明MSG_OOB 接收以 out-of-band 送來的資料MSG_PEEK 遠端 socket 傳來的資料，不會在接收受刪除MSG_WAITALL 固定接收 len 引數指定長度的資料，除非有錯誤或訊號發

生MSG_NOSIGNAL 接收動作不會因 SIGPIPE 訊號中斷


• recv()– Ex:#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>Char buf[MAX_PATH];recv(sockfd, buf, sizeof(buf), 0);

傳回值：成功：傳回接收的字元數。失敗：傳回 -1 。


• 呼叫 close() 終止 client 端和 server 端的連線。

• int close(int sockfd);



• close()– Ex:#include <unistd.h>int close(int sockfd);


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Design• 設計 tcp 網路程式– TCP client 端

• 1. 建立 socket( 使用 socket() 函數 )• 2. 向 server 要求連線 ( 使用 connect() 函數 )• 3. 若連線成功，使用輸出入函數和 server 端互傳訊息• 4. 關閉 socket ，結束連線 ( 使用 close() 函數 )

– TCP server 端• 1. 建立 socket( 使用 socket() 函數 )• 2. 連結 socket( 使用 bind() 函數 )• 3. 開啟 listening socket( 使用 listen() 函數 )• 4. 等待 client 連線要求 ( 使用 accept() 函數 )• 5. 若連線成功，使用輸出入函數和 client 端互傳訊息• 6. 關閉 socket ，結束連線 ( 使用 close() 函數 )

Design (cont.)

• TCP 程式設計流程socket

bind

listen

accept

wait

read

write

close

connect

write

read

close

socketServer

Client

建立連線

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