2018-2019-1 20165201 《信息安全系统设计基础》第8周学习总结

Posted 2021-01-22 cbmwtsl

2018-2019-1 20165201 《信息安全系统设计基础》第8周学习总结

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学习内容总结

第11章 网络编程（刘念老师课上讲过）

??TCP协议是面向连接的协议，它提供了一系列的数据纠错功能，可以保证数据在网络上传输及时、无误给接收方。因此面向连接协议的Socket编程模型应用最为广泛，基于连接协议的服务是设计客户端/服务器应用程序时的标准。编程模型如图所示

模型中，服务器端的处理：
（1）使用socket系统调用，生成一个TCP协议模块与应用程序之间进行通信的套接字；使用bind系统调用指定端口号；
（2）使用bind系统调用指定端口号；
（3）使用listen系统调用，指定连接接收队列的长度，并等待来自客户端的连接请求。
??前三步完成了启动服务器程序的工作。一旦listen监听到有客户端的连接，就调用accept接收连接。
??希望与服务器通信的进程称为客户，客户所运行的计算机环境称为客户端，有时两个概念混用。
??客户端的处理：
（1）使用socket系统调用，打开TCP协议模块与应用程序之间的通信线路；
（2）使用connect系统调用，指定IP地址和端口号，和服务器相应的服务应用程序建立TCP协议的连接请求；
??客户端和服务器程序在建立连接后，使用send和recv调用完成数据的发送和接收工作。等待数据传送结束后，各自调用close关闭套接字。
??使用TCP协议的Socket通信程序包括服务程序和客户程序。

基于C的Socket编程相关函数和数据类型
1.sockadd和sockaddr_in结构：
① sockaddr 结构

struct sockaddr  
{
    unsigned short sa_family;   /*地址族，AF_xxx有IPV4与IPV6等*/
    char        sa_data[14];    /*14字节的协议地址*/
};

sa_family一般为AF_INET，表示Internet协议族，如是AF_UNIX表示UNIX协议簇；sa_data中包含该socket的IP地址和端口号。
② in_add结构，用来存储四字节的IP地址

struct in_addr{
    unsigned long   s_addr;
};

③ sockaddr_in结构

struct sockaddr_in
{
    short int   sin_family;     /*地址族*/
    unsigned short int  sin_port;   /*端口号*/
    struct in_add       sin_addr;   /*IP地址*/
    unsigned char       sin_zero[8];    /*填充0以保持与struct sockaddr同样大小*/
}；

该结构中sin_zero使得sockaddr和sockaddr_in指针类型相互转换；sin_port和sin_addr必须是网络字节顺序，因为它们被封装在包的IP和UDP层，而sin_family不发送到网络上可以是本机字节顺序。

相关函数
1．socket()函数
??该函数用于根据指定的地址族、数据类型和协议来分配一个套接字的描述字及其所用的资源。Socket函数原型为：
int socket( int domain , int type , int protocol ) ;
a、 参数domain指定地址描述，一般为AP_INET；
b、 参数type指定socket类型：SOCK_STREAM和SOCK_DGRAM；
c、参数protocol通常为0；
d、 函数返回值为一个整型socket描述符，在bind函数中调用。

2．bind()函数
??该函数用于将一个本地地址与一个套接字绑定在一起。
int bind( int sockfd , struct sockadd* my_addr , int addrlen) ;
a、sockfd：socket描述符，使用socket函数返回值，将该socket与本机上的一个端口相关联。
在设计服务器端程序是需要调用bind函数，以在该端口上监听服务请求；而客户端一般不需要调用bind函数，因为只需知道服务器IP地址，并不关心客户通过哪个端口与服务器建立连接，内核会自动选择一个未被占用的端口供客户端来使用。
b、my_addr：指向包含本机IP地址及端口号等信息的sockaddr类型的指针。
c、addrlen：sizeof( struct sockaddr)的值。
d、bind函数返回值：为-1表示遇到错误，并且errno中包含相应的错误码。

3．connect()函数
??与远程服务器建立一个TCP连接。
int connect(int sockfd, struct sockaddr* serv_addr, int addrlen);
a、sockfd：目的服务器的socket描述符。
b、serv_addr：指向包含目的服务器的IP地址及端口号的指针。
c、addrlen：sizeof( struct sockaddr)的值。
d、connect函数返回值：为-1表示遇到错误，并且errno中包含相应的错误码，进行服务器端程序设计时不需调用connect函数。

4．listen()函数
??在服务器端程序中，当socket与某一端口绑定后，需要监听该端口，及时处理到达该端口上的服务请求。
int listen(int sockfd, int backlog);
a、sockfd：Socket系统调用返回的socket描述符。
b、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接收backlog限制了队列中等待服务的请求数目，系统缺省值为20。
c、listen函数返回值：为-1表示遇到错误，并且errno中包含相应的错误码。

5．accept()函数
??当某个客户端试图与服务器监听的端口连接时，该连接请求将排队等待服务器用accept接收它并为其建立一个连接。
int accept(int sockfd, struct sockaddr* addr, int* addrlen);
a、sockfd：被监听的socket描述符。
b、addr：sockaddr类型的指针变量，用来存放提出连接请求服务的主机信息。
c、accept函数返回值：为-1表示遇到错误，并且errno中包含相应的错误码，如果没有错误，accept()函数返回一个新想socket描述符，供这个新连接来实用，而服务器可以继续在以前的socket上监听，同时可以在新的socket描述符上进行数据发送和数据接收（sent()和recv()操作）。

6．sent()和recv()函数
??用于在面向连接（TCP）的socket上进行数据传输。
send（）函数原型：
int send(int sockfd, const void* msg, int len, int flags) ;
a、sockfd：用于传输数据的socket描述符。
b、msg：是一个指向要发送数据的指针。
c、len：以字节为单位的数据的长度。
d、flags：一般情况下置为0。
e、函数返回值：为-1表示遇到错误，并且errno中包含相应的错误码，否则返回所发送数据的总数，该数字可能小于len中所规定的大小。
recv（）函数原型：
int recv(int sockfd, void* buf, int len, unsigned int flags);
a、sockfd：是接收数据的socket描述符。
b、buf：是存放接收数据的缓冲区。
c、len：以字节为单位的缓冲区的长度。
d、flags：一般情况下置为0。
e、函数返回值：为-1表示遇到错误，并且errno中包含相应的错误码，无错则返回读入的字节数，如果连接被中止，返回0。

7．endto()和recvfrom()函数
??这两个函数是利用数据报方式（UDP）进行数据传输。在无连接的数据报socket方式下，由于本地socket并没有与远程机器建立连接，所以在发送数据时应指明目的地址。
sendto()原型：
int sendto(int sockfd, const void* msg, int len, unsigned int flags, const struct sockaddr* to, int tolen);
a、sockfd：用于传输数据的socket描述符。
b、msg：是一个指向要发送数据的指针。
c、len：以字节为单位的数据的长度。
d、flags：一般情况下置为0。
e、函数返回值：为-1表示遇到错误，并且errno中包含相应的错误码，否则返回所发送数据的总数，该数字可能小于len中所规定的大小。
f、表示目的机器的IP地址和端口号。
g、tolen：被赋值为sizeof(struct sockaddr)。
recvfrom函数原型：
int recv(int sockfd, void* buf, int len, unsigned int flags, struct sockaddr* from, int fromlen);
a、sockfd：是接收数据的socket描述符。
b、buf：是存放接收数据的缓冲区。
c、len：以字节为单位的缓冲区的长度。
d、flags：一般情况下置为0。
e、函数返回值：为-1表示遇到错误，并且errno中包含相应的错误码，无错则返回读入的字节数，如果连接被中止，返回0。
f、from：保存源机器的IP地址和端口号。
g、fromlen：常被赋值为sizeof(struct sockaddr)。
当对于数据报socket调用了connect()函数时，也可以用send()和recv()进行数据传输，但该socket仍然是数据报socket，并利用传输层的UDP服务。但是在发送或接收数据报时，内核会自动为它加上目的地址和源地址信息。

8．close()和shutdown()函数
??当所有的数据操作结束后，可以调用close函数来释放该socket资源，从而停止在该socket上的任何数据操作。
??也可以调用shutdown函数，允许只停止在某个方向上的数据传输，而另一个方向上的数据传输继续进行。例如可以关闭某一个socket上的写操作uo允许继续在该socket上接收数据，直到读入所有数据。
??但是，shutdown函数并不关闭套接字所占用的所有资源，除非调用close函数来释放。
看看两个函数原型：
close(int sockfd);
shutdown(int sockfd, int how);
how参数的值和含义：
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。
shutdown在操作成功时返回0，错误时返回-1，并置errno值。

9．字节顺序转换函数
htons()：Host to Network Short的缩写，该函数将主机的无符合短整型数字节顺序转换成网络字节顺序。
htonl()：Host to Network Long的缩写，该函数将主机的无符合长整型数字节顺序转换成网络字节顺序。
ntohs()：Network to Host Short的缩写，该函数将无符号短整型数从网络字节顺序转换为主机字节顺序。
ntohl()：Network to Host long的缩写，该函数将无符号长整型数从网络字节顺序转换为主机字节顺序。

第12章 并发编程

学习进度条

	代码行数（新增/累积）	博客量（新增/累积）	学习时间（新增/累积）	重要成长
目标	2000行	20篇	200小时
第一周	83/83	1/1	8/8
第六周	75/158	2/3	10/18

参考资料

• 《深入理解计算机系统》学习指导