linux網(wǎng)絡(luò)編程中嵌教育-嵌入式linux開(kāi)發(fā)ppt課件

1、www.chinaEDA.cnLinux網(wǎng)絡(luò)編程nTCP/IP協(xié)議概述n網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)n網(wǎng)絡(luò)高級(jí)編程www.chinaEDA.cn1、TCP/IP協(xié)議概述協(xié)議概述1.1 OSI參考模型與TCP/IP參考模型應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層應(yīng)用層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)接口層OSI參考模型TCP/IP參考模型圖1 OSI參考模型與TCP/IP參考模型對(duì)應(yīng)關(guān)系www.chinaEDA.cn圖2 OSI參考模型與TCP/IP參考模型對(duì)應(yīng)關(guān)系www.chinaEDA.cn1.2 TCP/IP協(xié)議族協(xié)議族TCP/IP 實(shí)際上一個(gè)一起工作的通信家族，為網(wǎng)際數(shù)據(jù)通信提供通路。為討論方便可將TCP/IP

2、協(xié)議組大體上分為三部分：1Internet 協(xié)議IP）2傳輸控制協(xié)議TCP和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議UDP）3處于TCP 和UDP 之上的一組協(xié)議專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序。它們包括：TELNET，文件傳送協(xié)議FTP），域名服務(wù)DNS和簡(jiǎn)單的郵件傳送程序SMTP等許多協(xié)議。www.chinaEDA.cn1.2.1 網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層第一部分也稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)層。包括Internet 協(xié)議IP）、網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP和地址識(shí)別協(xié)議ARP）. Internet 協(xié)議IP）。該協(xié)議被設(shè)計(jì)成互聯(lián)分組交換通信網(wǎng)，以形成一個(gè)網(wǎng)際通信環(huán)境。它負(fù)責(zé)在源主機(jī)和目的地主機(jī)之間傳輸來(lái)自其較高層軟件的稱(chēng)為數(shù)據(jù)報(bào)文的數(shù)據(jù)塊，它在源和目的地之間提

3、供非連接型傳遞服務(wù)。 網(wǎng)際控制報(bào)文協(xié)議ICMP）。它實(shí)際上不是IP層部分，但直接同IP層一起工作，報(bào)告網(wǎng)絡(luò)上的某些出錯(cuò)情況。允許網(wǎng)際路由器傳輸差錯(cuò)信息或測(cè)試報(bào)文。 地址識(shí)別協(xié)議ARP）。ARP 實(shí)際上不是網(wǎng)絡(luò)層部分，它處于IP和數(shù)據(jù)鏈路層之間，它是在32位IP地址和48位局域網(wǎng)物理地址之間執(zhí)行翻譯的協(xié)議。www.chinaEDA.cn1.2.2 傳輸層協(xié)議傳輸層協(xié)議第二部分是傳輸層協(xié)議。包括傳輸控制協(xié)議和用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議。 傳輸控制協(xié)議TCP）。由于IP 提供非連接型傳遞服務(wù)，因此TCP應(yīng)為應(yīng)用程序存取網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造了條件，使用可靠的面向連接的傳輸層服務(wù)。該協(xié)議為建立網(wǎng)際上用戶(hù)進(jìn)程之間的對(duì)話負(fù)責(zé)。此

4、外，還確保兩個(gè)以上進(jìn)程之間的可靠通信。它所提供的功能如下。1監(jiān)聽(tīng)輸入對(duì)話建立請(qǐng)求。2請(qǐng)求另一網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)對(duì)話。3可靠的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。4適度的關(guān)閉對(duì)話。www.chinaEDA.cn1.2.3 應(yīng)用程序部分應(yīng)用程序部分n 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議UDP）。UDP 提供不可靠的非連接型傳輸層服務(wù)，它允許在源和目的地站點(diǎn)之間傳送數(shù)據(jù)，而不必在傳送數(shù)據(jù)之前建立對(duì)話。此外，該協(xié)議還不使用TCP使用的端對(duì)端差錯(cuò)校驗(yàn)。當(dāng)使用UDP時(shí)，傳輸層功能全都發(fā)揮，而開(kāi)銷(xiāo)卻比較低。它主要用于那些不要求TCP協(xié)議的非連接型的應(yīng)用程序。例如，名字服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理、視頻點(diǎn)播和網(wǎng)絡(luò)會(huì)議等。www.chinaEDA.cn最后是應(yīng)用程序部分。

5、這部分包括Telnet，文件傳送協(xié)議FTP 和TFTP），簡(jiǎn)單的文件傳送協(xié)議SMTP和域名服務(wù)DNS等協(xié)議。TCP/IP 使用了主干網(wǎng)絡(luò)，能連接各種主機(jī)和LAN 的多級(jí)分層結(jié)構(gòu)，局部用戶(hù)能方便的聯(lián)網(wǎng)，不致影響到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。此外這種結(jié)構(gòu)還有利于局部用戶(hù)控制操作和管理。TCP/IP 具有兩個(gè)主要功能。第一是IP在網(wǎng)絡(luò)之間有時(shí)在個(gè)別網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部提供路由選擇。第二是TCP將TP傳遞的數(shù)據(jù)傳送的接收主機(jī)那的適當(dāng)?shù)奶幚聿考ww.chinaEDA.cn1.3 Internet 協(xié)議協(xié)議IP）IP主要有以下四個(gè)主要功能： （1數(shù)據(jù)傳送 （2尋址 （3路由選擇 （4數(shù)據(jù)報(bào)文的分段www.chinaEDA.cn

6、1.3.1 IP功能功能IP的主要目的是為數(shù)據(jù)輸入/輸出網(wǎng)絡(luò)提供基本算法，為高層協(xié)議提供無(wú)連接的傳送服務(wù)。這意味著在IP將數(shù)據(jù)遞交給接收站點(diǎn)以前不在傳輸站點(diǎn)和接收站點(diǎn)之間建立對(duì)話虛擬鏈路）。它只是封裝和傳遞數(shù)據(jù)，但不向發(fā)送者或接收者報(bào)告包的狀態(tài)，不處理所遇到的故障。www.chinaEDA.cnIP協(xié)議不注意包內(nèi)的數(shù)據(jù)類(lèi)型，它所知道的一切是必須將某些稱(chēng)為IP 幀頭的控制協(xié)議加到高層協(xié)議TCP 或者UDP所接受的數(shù)據(jù)上。圖3 封裝在Ethernet 幀中的IP 頭www.chinaEDA.cn1.3.2 IP 地址在在TCP/IPTCP/IP網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)主機(jī)都有唯一的地址，網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)主機(jī)都有唯

7、一的地址，它是通過(guò)它是通過(guò)IPIP協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的。協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的。IPIP協(xié)議要求在每次與協(xié)議要求在每次與TCP/IPTCP/IP網(wǎng)絡(luò)建立連接時(shí)，每臺(tái)主機(jī)都必須為這個(gè)網(wǎng)絡(luò)建立連接時(shí)，每臺(tái)主機(jī)都必須為這個(gè)連接分配一個(gè)唯一的連接分配一個(gè)唯一的3232位地址，因?yàn)樵谶@個(gè)位地址，因?yàn)樵谶@個(gè)3232位位IPIP地址中，不但可以用來(lái)識(shí)別某一臺(tái)主機(jī)，而且地址中，不但可以用來(lái)識(shí)別某一臺(tái)主機(jī)，而且還隱含著網(wǎng)際間的路徑信息。需要強(qiáng)調(diào)指出的，還隱含著網(wǎng)際間的路徑信息。需要強(qiáng)調(diào)指出的，這里的主機(jī)是指網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，不能簡(jiǎn)單地這里的主機(jī)是指網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，不能簡(jiǎn)單地理解為一臺(tái)計(jì)算機(jī)，實(shí)際上理解為一臺(tái)計(jì)算機(jī)，實(shí)際上IPI

8、P地址是分配給計(jì)算地址是分配給計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)適配器即網(wǎng)卡的，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以機(jī)的網(wǎng)絡(luò)適配器即網(wǎng)卡的，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器，就可以有多個(gè)有多個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器，就可以有多個(gè)IPIP地址，一個(gè)地址，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)適配器就是一個(gè)節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)適配器就是一個(gè)節(jié)點(diǎn)。www.chinaEDA.cnIPIP地址為地址為3232位地址，一般以位地址，一般以4 4個(gè)字節(jié)表個(gè)字節(jié)表示。每個(gè)字節(jié)的數(shù)字又用十進(jìn)制表示，即示。每個(gè)字節(jié)的數(shù)字又用十進(jìn)制表示，即每個(gè)字節(jié)的數(shù)的范圍是每個(gè)字節(jié)的數(shù)的范圍是02550255，且每個(gè)數(shù)字，且每個(gè)數(shù)字之間用點(diǎn)隔開(kāi)，例如：之間用點(diǎn)隔開(kāi)，例如：1212，

9、這，這種記錄方法稱(chēng)為種記錄方法稱(chēng)為“點(diǎn)點(diǎn)- -分十進(jìn)制記號(hào)法。分十進(jìn)制記號(hào)法。IPIP地址的結(jié)構(gòu)如下所示：地址的結(jié)構(gòu)如下所示：網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)ID主機(jī)IDwww.chinaEDA.cn1.3.3 IP地址的分類(lèi)地址的分類(lèi)Internet地址可分成5類(lèi)： A、B、C三類(lèi)由InterNICInternet網(wǎng)絡(luò)信息中心在全球范圍內(nèi)統(tǒng)一分配，D、E類(lèi)為特殊地址。 www.chinaEDA.cn0 1 7 8 310網(wǎng)絡(luò)地址ID主機(jī)地址IDA類(lèi)IP地址10網(wǎng)絡(luò)地址ID主機(jī)地址ID0 1 2 15 16 31B類(lèi)IP地址110網(wǎng)絡(luò)地址ID主機(jī)地址ID012 3 23 24 31C類(lèi)IP地址www.chinaE

10、DA.cn1110廣播地址ID0 1 2 3 4 31D類(lèi)IP地址11110保留用于將來(lái)和試驗(yàn)使用 0 1 2 3 4 5 31E類(lèi)IP地址www.chinaEDA.cnA 類(lèi)網(wǎng)絡(luò)地址有128 個(gè)支持127個(gè)網(wǎng)絡(luò)，占有最左邊的一個(gè)字節(jié)8 位）。高位0表示識(shí)別這種地址的類(lèi)型。B 類(lèi)地址使用左邊兩個(gè)8 位用來(lái)網(wǎng)絡(luò)尋址。兩個(gè)高位10用于識(shí)別這種地址的類(lèi)型，其余的14 位用作網(wǎng)絡(luò)地址，右邊的兩個(gè)字節(jié)16 位用作網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。C 類(lèi)地址是最常見(jiàn)的Internet 地址。三個(gè)高位110用于地址類(lèi)型識(shí)別，左邊三個(gè)字節(jié)的其余21 位用于尋址。C 類(lèi)地址支持1046個(gè)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)可多達(dá)256 端點(diǎn)。D 類(lèi)地址是相

11、當(dāng)新的。它的識(shí)別頭是1110，用于組播，例如用于路由器修改。E 類(lèi)地址為時(shí)延保留，其識(shí)別頭是11110。www.chinaEDA.cn1.4 傳輸控制協(xié)議傳輸控制協(xié)議TCP）TCP傳輸控制協(xié)議Transmission Control Protocol是重要的傳輸層協(xié)議，傳輸層軟件TCP的目的是允許數(shù)據(jù)同網(wǎng)絡(luò)上的另外站點(diǎn)進(jìn)行可靠的交換。它能提供端口編號(hào)的譯碼，以識(shí)別主機(jī)的應(yīng)用程序，而且完成數(shù)據(jù)的可靠傳輸。TCP 協(xié)議具有嚴(yán)格的內(nèi)裝差錯(cuò)檢驗(yàn)算法確保數(shù)據(jù)的完整性。TCP 是面向字節(jié)的順序協(xié)議，這意味著包內(nèi)的每個(gè)字節(jié)被分配一個(gè)順序編號(hào)，并分配給每包一個(gè)順序編號(hào)。www.chinaEDA.cn圖4 TC

12、P 頭信息www.chinaEDA.cn1.5 用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)文協(xié)議UDP用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議User Datagram Protocol也是TCP/IP 的傳輸層協(xié)議，它是無(wú)連接的，不可靠的傳輸服務(wù)。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)它不向發(fā)送方提供確認(rèn)信息，它不提供輸入包的順序，如果出現(xiàn)丟失包或重份包的情況，也不會(huì)向發(fā)送方發(fā)出差錯(cuò)報(bào)文。UDP 的主要作用是分配和管理端口編號(hào)，以正確無(wú)誤的識(shí)別運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)上的個(gè)別應(yīng)用程序。由于它執(zhí)行功能時(shí)具有較低的開(kāi)銷(xiāo)，因而執(zhí)行速度比TCP快。它多半用于不需要可靠傳輸?shù)膽?yīng)用程序，例如網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播和視頻會(huì)議等。www.chinaEDA.cn圖5 UDP 頭信息www.chi

13、naEDA.cn1.6 TCP/IP 協(xié)議分組服務(wù)協(xié)議分組服務(wù)n控制數(shù)據(jù)的協(xié)議nTCP以連接為基礎(chǔ)，即兩臺(tái)電腦必須先建立一個(gè)連接，然后才能傳輸數(shù)據(jù)。事實(shí)上，發(fā)送和接受的電腦必須一直互相通訊和聯(lián)系。nUDP是一個(gè)無(wú)連接服務(wù)，數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送而不必在兩臺(tái)電腦之間建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。它和有連接的TCP相比，占用帶寬少，但是無(wú)法確認(rèn)數(shù)據(jù)是否真正到達(dá)了客戶(hù)端，而客戶(hù)端收到的數(shù)據(jù)也不知道是否還是原來(lái)的發(fā)送順序。www.chinaEDA.cnn 數(shù)據(jù)路由協(xié)議n路由協(xié)議分析數(shù)據(jù)包的地址并且決定傳輸數(shù)據(jù)到目的電腦最佳路線。他們也可以把大的數(shù)據(jù)分成幾部分，并且在目的地再把他們組合起來(lái)。IP處理實(shí)際上傳輸數(shù)據(jù)。nIC

14、MP網(wǎng)絡(luò)控制信息協(xié)議Internet Control Message Protocol處理IP的狀態(tài)信息，比如能影響路由決策的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤或改變。nRIP路由信息協(xié)議Routing Information Protocol它是幾個(gè)決定信息傳輸?shù)淖罴崖酚陕肪€協(xié)議中的一個(gè)。nOSPFOpen Shortest Path First一個(gè)用來(lái)決定路由的協(xié)議。nARP地址解析協(xié)議Address Resolution Protocol確定網(wǎng)絡(luò)上一臺(tái)電腦的數(shù)字地址。nDNS域名系統(tǒng)Domain Name System從機(jī)器的名字確定一個(gè)機(jī)器的數(shù)字地址。nRARP反向地址解析協(xié)議Reverse Address R

15、esolution Protocol確定網(wǎng)絡(luò)上一臺(tái)計(jì)算機(jī)的地址，和ARP正好相反。www.chinaEDA.cnn用戶(hù)服務(wù)nBOOTP啟動(dòng)協(xié)議Boot Protocol） 由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上取得啟動(dòng)信息，然后將本地的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)啟動(dòng)。nFTP文件傳輸協(xié)議File Transfer Protocol通過(guò)國(guó)際互連網(wǎng)從一臺(tái)計(jì)算機(jī)上傳輸一個(gè)或多個(gè)文件到另外一臺(tái)計(jì)算機(jī)。nTELNET遠(yuǎn)程登陸允許一個(gè)遠(yuǎn)程登陸，使用者可以從網(wǎng)絡(luò)上的一臺(tái)機(jī)器通過(guò)TELNET連線到另一臺(tái)機(jī)器，就像使用者直接在本地操作一樣。nEGP外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議Exterior Gateway Protocol為外部網(wǎng)絡(luò)傳輸路由信息。nGGP網(wǎng)關(guān)到網(wǎng)關(guān)

16、協(xié)議Gateway-to-Gateway Protocol在網(wǎng)關(guān)和網(wǎng)關(guān)之間傳輸路由協(xié)議。nIGP內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議Interior Gateway Protocol在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)傳輸路由信息。www.chinaEDA.cnn其他協(xié)議(也為網(wǎng)絡(luò)提供了重要的服務(wù))nNFS網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng)Network File System允許將一臺(tái)機(jī)器的目錄被另一臺(tái)機(jī)器上的用戶(hù)安裝Mount到自己的機(jī)器上，就像是對(duì)本地文件系統(tǒng)進(jìn)行操作一樣進(jìn)行各式各樣的操作。nNIS網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)Network Information Service對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的用戶(hù)名、密碼進(jìn)行統(tǒng)一管理，簡(jiǎn)化在NIS 服務(wù)下整個(gè)網(wǎng)絡(luò)登陸的用戶(hù)名密碼檢查。nR

17、PC遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用Remote Procedure Call通過(guò)它可以允許遠(yuǎn)程的應(yīng)用程序通過(guò)簡(jiǎn)單的、有效的手段聯(lián)系本地的應(yīng)用程序，反之也是。nSMTP簡(jiǎn)單郵件傳輸協(xié)議Simple Mail Transfer Protocol一個(gè)專(zhuān)門(mén)為電子郵件在多臺(tái)機(jī)器中傳輸?shù)膮f(xié)議，平時(shí)發(fā)郵件的SMTP 服務(wù)器提供的必然服務(wù)。nSNMP簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議Simple Network Management Protocol這是一項(xiàng)為超級(jí)用戶(hù)準(zhǔn)備的服務(wù)，超級(jí)用戶(hù)可以通過(guò)它來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)管理。www.chinaEDA.cn2、網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)編程基礎(chǔ)2.1 socket概述 linux中的網(wǎng)絡(luò)編程通過(guò)socket接口

18、實(shí)現(xiàn)。Socket既是一種特殊的IO，它也是一種文件描述符。一個(gè)完整的Socket 都有一個(gè)相關(guān)描述協(xié)議，本地地址，本地端口，遠(yuǎn)程地址，遠(yuǎn)程端口；每一個(gè)Socket 有一個(gè)本地的唯一Socket 號(hào)，由操作系統(tǒng)分配。www.chinaEDA.cn套接字有三種類(lèi)型： 流式套接字SOCK_STREAM） 流式的套接字可以提供可靠的、面向連接的通訊流。它使用了TCP協(xié)議。TCP 保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和順序性。 數(shù)據(jù)報(bào)套接字SOCK_DGRAM） 數(shù)據(jù)報(bào)套接字定義了一種無(wú)連接的服務(wù)，數(shù)據(jù)通過(guò)相互獨(dú)立的報(bào)文進(jìn)行傳輸，是無(wú)序的，并且不保證可靠，無(wú)差錯(cuò)。使用數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議UDP協(xié)議。 原始套接字。 原始套接字

19、允許對(duì)低層協(xié)議如IP或ICMP直接訪問(wèn)，主要用于新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的測(cè)試等。www.chinaEDA.cn2.2 套接字地址結(jié)構(gòu)套接字地址結(jié)構(gòu)struct sockaddr unsigned short sa_family; /* address族, AF_xxx */char sa_data14; /* 14 bytes的協(xié)議地址 */; sa_family 一般來(lái)說(shuō)， IPV4使用“AF_INET”。 sa_data 包含了一些遠(yuǎn)程電腦的地址、端口和套接字的數(shù)目，它里面的數(shù)據(jù)是雜溶在一起的。www.chinaEDA.cnstruct sockaddr_in short int sin_fam

20、ily; /* Internet地址族 */unsigned short int sin_port; /* 端口號(hào) */struct in_addr sin_addr; /* Internet地址 */unsigned char sin_zero8; /* 添0和struct sockaddr一樣大?。?/;這兩個(gè)數(shù)據(jù)類(lèi)型是等效的，可以相互轉(zhuǎn)換，通常使用sockaddr_in更為方便www.chinaEDA.cn2.3 字節(jié)序列轉(zhuǎn)換字節(jié)序列轉(zhuǎn)換因?yàn)槊恳粋€(gè)機(jī)器內(nèi)部對(duì)變量的字節(jié)存儲(chǔ)順序不同有的系統(tǒng)是高位在前，底位在后，而有的系統(tǒng)是底位在前，高位在后 )，而網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)大家是一定要統(tǒng)一順序的。所以

21、對(duì)與內(nèi)部字節(jié)表示順序和網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序不同的機(jī)器，就一定要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。www.chinaEDA.cn下面給出套接字字節(jié)轉(zhuǎn)換程序的列表： htons()“Host to Network Short” 主機(jī)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序?qū)o(wú)符號(hào)短型進(jìn)行操作2bytes） htonl()“Host to Network Long”主機(jī)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序?qū)o(wú)符號(hào)長(zhǎng)型進(jìn)行操作4bytes） ntohs()“Network to Host Short”網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機(jī)字節(jié)順序?qū)o(wú)符號(hào)短型進(jìn)行操作2bytes） ntohl()“Network to Host Long ”網(wǎng)絡(luò)字節(jié)順序轉(zhuǎn)換為主機(jī)字節(jié)順序?qū)o(wú)符號(hào)長(zhǎng)型進(jìn)行操作4bytes）www.chin