socket编程

网络课上布置了如下的一道作业:

实验目的:通过使用Socket API,加深对TCP和UDP Socket 的认识.
实验要求:通过tcp连接指定服务器(ip:202.114.18.190;端口号:8888。发送自己的学号和姓名到服务器.服务器会返回一个随机字符串,然后通过UDP提交获取到的字符串,完成作业。

实验代码如下:

#include <WinSock2.h>
#include <WS2tcpip.h>
#include <iostream>
using namespace std;
#define _MagicNumberT 0xFFFE3141//tcp标识
#define _MagicNumberU 0xFFEF3141// udp标识
#define _SNDID_Len  32
#define _PostData_Len 256

typedef struct _A1_Packet
{
	DWORD magicnum;
	unsigned char SNSID[_SNDID_Len];//学号
	unsigned char PostData[_PostData_Len];//姓名 	
};

int main()
{
	WSADATA wsaData;//库版本的有关信息填在WSADATA结构中
	int Ret;
	// Initialize Winsock version 2.2
    	if ((Ret = WSAStartup(MAKEWORD(2,2), &wsaData)) != 0)//指定准备加载的WinSock库的版本
    	{
		printf("WSAStartup failed with error %d\n", Ret);
		return 1;
    	}
	int TCPSocket,UDPSocket;
	// socklen_t clilen;
	int clilen;
	TCPSocket = socket(AF_INET, SOCK_STREAM, IPPROTO_TCP);
	
	struct sockaddr_in server; 
    	server.sin_family = AF_INET; 
    	server.sin_port = htons(8888); 
   	 server.sin_addr.s_addr = inet_addr("202.114.18.190"); 
	
	connect(TCPSocket, (struct sockaddr *)&server, sizeof(server)); 
	_A1_Packet pkgBuffer; 
    	pkgBuffer.magicnum = _MagicNumberT; 
    	strcpy((char *)pkgBuffer.SNSID,"M201272621");//填入学号
	strcpy((char *)pkgBuffer.PostData,"heshuang");//填入姓名
	
	send(TCPSocket, (char *)&pkgBuffer, sizeof(pkgBuffer), 0);
	recv(TCPSocket, (char *)&pkgBuffer, sizeof(pkgBuffer), 0);
	
	cout<<"TCP连接结束后:\n pkgBuffer.PostData值:"<<pkgBuffer.PostData<<" \n pkgBuffer.SNSID值:"<<pkgBuffer.SNSID<<endl;
	//udp部分
	pkgBuffer.magicnum = _MagicNumberU; 
	UDPSocket = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, IPPROTO_UDP);
	
	clilen = sizeof(server);
	sendto(UDPSocket,(char *)&pkgBuffer, sizeof(pkgBuffer),0,(struct sockaddr *)&server,sizeof(server));
	recvfrom(UDPSocket,(char *)&pkgBuffer, sizeof(pkgBuffer),0,(struct sockaddr *)&server,&clilen);
	
	cout<<"UDP连接结束后:\n pkgBuffer.PostData值:"<<pkgBuffer.PostData<<" \n  pkgBuffer.SNSID值:"<<pkgBuffer.SNSID<<endl;
	
	if (WSACleanup() == SOCKET_ERROR)
	{
		printf("WSACleanup failed with error %d\n", WSAGetLastError());
	}
	return 0;
}

具体分析如下:

为了能够方便的开发网络应用软件,由美国伯克利大学在UNIX上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用套接字(socket)。socket的出现,使程序员可以很方便地访问TCP/IP,从而开发各种网络应用的程序。随着UNIX的应用推广,套接字在编写网络软件中得到了极大的普及。后来套接字又被引进Windows等操作系统,成为开发网络应用程序的非常有效快捷的工具。

WSAStartup函数分析:

WSAStartup有两个功能:一是加载套接字库,一是进行套接字库的版本协商。

int WSAStartup(
    WORD wVersionRequested,//用来指定准备加载的Winsock库的版本。高位字节用来指定所需要的Winsock库的副版本,而低位字节则是主版本。可以利用MAKENODE宏方便地获得wVersionRuquest的正确值
    LPWSADATA lpWSAData//这是一个返回值,指向WSADATA结构的指针,WSAStartup函数用其加载的库版本有关的信息填在这个结构中
    );

对于每一个WSAStartup函数的成功调用(即成功加载Winsock动态库后),在最后都对应一个WSACleanUp调用,以便释放为该应用程序分配的资源,终止对Winsock动态库的使用。

socket函数分析:

socket函数是用来创建套接字的,如果socket调用成功,它就会返回一个新的SOCKET数据类型的套接字描述符;如果调用失败,这个函数就会返回一个INVALID_SOCKET值,错误信息可以通过WSAGetLastError函数返回。

SOCKET socket(
    int af, //指定地址族,对于TCP/IP协议的套接字,它只能是AF_INET
    int type, //指定socket类型,有三种类型(SOCK_STREAM、SOCK_DGRAM、SOCK_RAW)
    int protocol //与特定地址家族相关的协议
    );
SOCK_STREAM(流式套接字):

提供面向连接、可靠的数据传输服务,数据无差错、无重复的发送,且按发送顺序接受。流式套接字实际上是基于TCP协议实现的。

SOCK_DGRAM(数据报式套接字):

提供无连接服务。数据包以独立包形式发送,不提供无错保证,数据可能丢失或重复,并且接受顺醋混乱。数据报式套接字实际上是基于UDP协议实现的。

SOCK_RAW(原始套接字):允许对较低层次的协议直接访问,比如IP、 ICMP协议,它常用于检验新的协议实现,或者访问现有服务中配置的新设备,因为SOCK_RAW 可以自如地控制Windows下的多种协议,能够对网络底层的传输机制进行控制,所以可以应用原始套接字来操纵网络层和传输层应用。比如,我们可以通过SOCK_RAW 来接收发向本机的ICMP、IGMP协议包,或者接收TCP/IP栈不能够处理的IP包,也可以用来发送一些自定包头或自定协议的IP包。网络监听技术很大程度上依赖于SOCK_RAW。
sockaddr和sockaddr_in结构体分析:

struct sockaddr {
        u_short sa_family; //指定地址族,对于TCP/IP协议的套接字,必须设置为AF_INET
        char    sa_data[14]; //仅仅表示要求一块内存分配区,起到占位的作用,该区域中指定与协议相关的具体地址信息
};
在基于TCP/IP的socket编程过程中,可以用sockaddr_in结构替换sockaddr,以方便我们填写地址信息。

struct sockaddr_in {
        short   sin_family; //表示地址族
        u_short sin_port; //指定的将要分配给套接字的端口
        struct  in_addr sin_addr; //套接字的主机IP地址
        char    sin_zero[8]; //只是一个填充数,以使sockaddr_in和sockaddr结构的长度一样
};
另外,sockaddr_in结构中sin_addr成员的类型是in_addr,该结构的定义如下:

struct in_addr {
        union {
                struct { u_char s_b1,s_b2,s_b3,s_b4; } S_un_b;
                struct { u_short s_w1,s_w2; } S_un_w;
                u_long S_addr;
        } S_un;
可以看到,in_addr结构实际上是一个联合,通常利用这个 结构将一个点分十进制格式的IP地址转换为u_long类型,并将结果赋给成员S_addr。

htons函数分析:

Windows Sockets的htons函数将把一个u_short类型的值从主机字节顺序转换为TCP/IP网络字节顺序。

u_short htons(u_short hostshort); //该函数只有一个参数,是一个以主机字节顺序表示的16位数值

主机字节顺序与网络字节顺序:

不同的计算机存放多字节值的顺序不同,有的机器在起始地址存放低字节,有的在起始地址存放高字节。基于Intel的CPU,即我们常用的PC机采用的是地位先存。为保证数据的正确性,在网络协议中需要制定网络字节顺序。TCP/IP协议使用16为整数和32位整数的高位先存格式。由于不同的计算机存放数据的字节顺序不同,这样发送方发送数据后,即使接受方接受到该数据,也有可能无法查看所接受到的数据,所以在网络中不同的主机间进行通信时,需要统一采用网络字节顺序。

inet_addr函数:

将IP地址指定为INADDR_ANY,允许套接字向任何分配给本地机器的IP地址发送或接受数据。多数情况下,每个机器只有一个IP地址,但有的机器可能会有多个网卡,每个网卡都有自己的IP地址,用INADDR_ANY可以简化应用程序的编写。将地址指定为INADDR_ANY。将允许一个独立应用接受发自多个接口的回应。如果我们只想让套接字使用多个IP地址中的一个地址,就必须指定实际地址,要做到这一点,可以用inet_addr函数来实现。

unsigned long inet_addr(const char FAR * cp);
该函数需要一个字符串作为其参数,该字符串指定了以点分十进制格式表示的IP地址。而且该函数会返回一个适合分配给S_addr的u_long类型的数值。

connect函数分析:

Windows Sockets的connect函数将与一个特定的套接字建立连接

int connect(
    SOCKET s, //将在其上建立连接的套接字
    const struct sockaddr FAR * name, //设定连接的服务器端得地址信息
    int namelen //指定服务器端地址的长度
    );

用于TCP协议的send和recv函数:

send函数通过一个已建立连接的套接字发送数据

int send(
    SOCKET s, //以建立连接的套接字
    const char FAR * buf, //指向一个缓冲区,该缓冲区包含将要传递的数据
    int len, //缓冲区的长度
    int flags //该值将会影响函数的行为,一般将其设置为0即可
    );

recv函数从一个已连接的套接字接受数据

int recv(
    SOCKET s, //建立连接之后准备接受数据的那个套接字
    char FAR * buf, //一个指向缓冲区的指针,用来保存接受的数据
    int len, //缓冲区的长度
    int flags //与send的第四个参数一样
    );

用于UDP协议的sendto和recvfrom函数:

sendto函数向一个特定的目的方发送数据

int sendto(
    SOCKET s, //是一个可能已建立连接的套接字
    const char FAR * buf, //是一个指向缓冲区的指针,该缓冲区包含将要发送的数据
    int len, //指定缓冲区中数据的长度
    int flags, //与上面的一样
    const struct sockaddr FAR * to, //是一个可选的指针,指定目标套接字的地址
    int tolen //参数to中指定的地址的长度
    );


recvfrom函数将接收一个数据报信息并保存源地址

int recvfrom(
    SOCKET s, //准备接收数据的套接字
    char FAR * buf, //是一个指向缓冲区的指针,该缓冲区用来接收数据
    int len, //缓冲区的长度
    int flags,//与上面一样
    struct sockaddr FAR * from,//是一个指向地址结构体的指针,主要是用来接收发送数据方的地址信息
    int FAR * fromlen //是一个整型的指针,并且它是一个in/out类型的参数,表明在调用前需要给它指定一个初始值,当函数调用之后,会通过这个参数返回一个值,该返回值是地址结构的大小
    );









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