netfinal

一、填空题

1. 常用函数

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

  • 作用：创建套接字
  • 成功：返回描述符 失败：-1
  • **domain：协议族 **
  • type： socket类型
  • protocol：哪种协议，由于指定了type，这里一般用“0”

• int close(int fd)

  • 作用：关闭套接字
  • 成功返回0，失败：-1
  • fd：套接字描述符

• int bind(int sockfd, struct sockaddr *myaddr, socklen_t addrlen)

  • 作用：服务器绑定地址信息
  • 成功返回0，失败：-1
  • sockfd:套接字
  • myaddr:指向地址结构的指针
  • addrlen:指定结构体变量的大小

• in_addr_t inet_addr 成功 32位数 失败INADDR_NONE

  • 作用：是将一个ip地址字符串转换成一个整数值

• int gethostname(char *name, size_t len)

  • 作用：返回本地主机的标准主机名
  • 成功返回0，失败返回-1

• int inet_aton(const char *ipstring,struct in_addr *inp)

  • 成功返回1，失败返回0
  • 将x.x.x.x形式的IP地址串转换为in_addr类型的结构体

• in_addr_t inet_addr(const char *ipstring)

  • 成功返回32位整数，失败返回INADDR_NONE
  • 将x.x.x.x形式的IP地址串转换为32位，网络字节顺序的整数

• ssize_t sendto(int sockfd, const void *buf, // 发送数据的起始地址 size_t len, // 要发送的字节数 int flags, // 无特殊要求为0 struct sockaddr *dest_addr, //接收方地址描述结构体的地址 sockaddr_in socklen_t addrlen // dest结构体的长度 sizeof()表示 ) 成功返回字节数，失败返回-1

• ssize_t recvfrom(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags, struct sockaddr *src_addr, //发送方地址描述结构体的地址 IPv4 sockaddr_in socklen_t *addrlen //src结构体的长度, ,返回src_addr结构体的字节数 ) 成功返回字节数，失败返回-1

• int listen( int sockfd, //监听套接字 int backlog // 待处理，连接请求 被accept()处理，backlog不再影响（让监听套接字进入监听状态），成功0失败-1

• int accept( int sockfd, struct sockaddr *addr, socklen_t *addrlen)

  监听套接字，套接字来自那个地址，地址的结构体占用多少字节（接收客户端连接请求。）

  返回的套接字是响应套接字，用于真正的数据通信

• int connect(int sockfd, struct sockaddr *serv_addr, socklen_t addrlen)连接服务端 成功0，失败-1

• ssize_t send(int sockfd, const void *buf, size_t len, int flags)发送数据 成功返回发送的字节数。

• ssize_t recv(int sockfd, void *buf, size_t len, int flags) 成功返回接收的字节数。返回如果为0，对方关闭了数据发送通道（即半关闭）

• notoa:功能是将网络地址转换成“.”点隔的字符串格式。

  ntohs:作用是将一个16位数由网络字节顺序转换为主机字节顺序。

、

2. 常用头文件

#include <stdio.h>//标准输入输出头文件

#include <stdlib.h>//定义杂项函数及内存分配函数

#include <string.h>//字符串处理函数的头文件

#include <malloc.h>//分配 size 字节的存储区

#include <errno.h>// ISO C99标准错误代码

include <math.h>//定义数学函数

#include <dirent.h>//用于目录操作的头文件

#include <unistd.h>//标准符号常量和类型

#include <time.h>//定义关于时间的函数

#include <sys/types.h>//数据类型的声明

include <sys/socket.h> 主文件

include <arpa/inet.h>Internet地址转换

netinet/in.h - Internet地址

sys/select.h - select I/O模型

sys/epoll.h - epoll I/O模型

netdb.h - 网络数据库相关，例如域名解析

fcntl.h - 文件控制

3.多线程

1. 头文件

   #include<pthread.h>

2. 常用函数

   1. int pthread_create（pthread_t *restrict tid, const pthread_attr_t *restrict attr, void (start_routine)(void *）, void *restrict arg）
   2. int pthread_join（pthread_t tid, void **status）指定线程结束 需要用线程的执行结果
   3. int pthread_detach（pthread_t tid）不需要执行结果，释放，不等待结束
   4. void pthread_exit（void *retval）终止调用线程

---

​

线程同步

Mutex互斥量，当两个线程竞争使用资源时，为避免执行顺序引起的错误

1. Int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr) //互斥量的线程启动前调用

   若无特殊要求，第二个参数设置为null

2. int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex)

   进入互斥量临界区

3. int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex)

   退出临界区

4. int pthread_mutex_destory(pthread_mutex_t *mutex)

   当互斥线程全部结束时调用

---

信号量

1. int sem_init(sem_t *sem,int pshared,unsigned int value)

   若信号量只供进程内线程调用，Pshared设置为0，参数value>=1,表示可用资源数量

2. int sem_wait(sem_t *sem) 进入临界区调用 （p（）阻塞）

3. int sem_post(sem_t *sem) 退出临界区调用 （v()执行）

4. int sem_destory(sem_t *sem) 不再需要时释放

---

main() 进程的默认执行体、主线程 return结束后， 进程会结束，其他所有依赖线程终止。 pthread_exit()结束，主线程会结束，但其它线程的执行不受影响

4. 常用端口

TCP 80 http 53 dns 25 smtp 20/21 ftp 23 telnet 110 pop UDP 53 dns

69 tftp 161 snmp 22ssh

0:不作用或者作为特殊的用途

1~255:保留给特定的服务

256~1023:保留给其他服务

1024~4999:用作任意客户的端口

5000~65535:用作用户服务器端口

5. 常用命令

Ipconfig:查看网络接口信息

Ifconfig:查看所有网络接口信息

Ping：验证网络是否连通

Traceroute:路由追踪

Nslookup:域名解析

Route：查看linux服务器上的路由表

Netstat:查看端口的连接状态

netstat -anu4 可查看udp的ipv4下他的监听端口号(会显示ip地址 端口号)

chmod 7 udpc 设置权限

编译：gcc - o udpc1 udplc01.c（要生成的文件，源文件）

TCPDump: 对网络中传送的数据包完全截获下来提供分析

Wireshark：截取网络封包，显示出最为详细的网络封包资料

Nmap：网络连接端扫描软件，用来扫描网上电脑开放的网络连接端。确定哪些服务运行在哪些连接端，并且推断计算机运行哪个操作系统

Iptables： IP 信息包过滤系统，控制 IP 信息包过滤和防火墙配置

6.填空题

1、下列选项中，将端口号由本机字节顺序转换为网络字节顺序的函数（)。

htonl****（）或htons（）

3、RFC中，HTTP服务采用的默认端口号是（)。80

4、某些函数在单线程中执行时可以获得正确结果，但在多线程并发执行时出现了逻辑错误，原因是（可能发生死锁，线程不安全，内存泄漏等问题)。

5、在 Linux编程中，要使用 POSIX标准的线程库，需要包含哪一个头文件?（pthread.h)

6.在流式套接字上调用recv()，若返回值为0，表示（对方关闭了数据通道)。

7.Windows API 中，SendMessageO的作用是（发送消息）。

8.在 WinSock2编程时，除默认的库外，需要编译器单独加载的库是(ws2_32.lib)

9.让套接字进入监听状态的函数是（）。listen(int sockfd,int backlog)

10.Linux中，使用信号量进行线程同步时,相当于操作系统中Р操作的函数调用是（)。.

int sem_wait(sem_t *sem)

11.Linux中，线程A创建了线程B后，需要等待线程B执行完成后A再继续执行，则应在A中调用的线程控制函数是（）。

int pthread_join(pthread_t tid,void **status)

12.函数inet addrO的作用是（)

将x.x.x.x形式的IP地址串转换为32位、网络字节顺序的整数

13.套接字s工作在阻塞模式，在其上调用哪个函数时不会阻塞?（bind）

recv accept connect bind 都会阻塞

15、gethostbynameO的作用是（ ）。获取主机信息

二、简答题

1. 网间进程通信需要解决的根本问题有哪些?需要注意哪些细节的处理?

   1）网间进程的标识问题;

   （2）如何与网络协议栈连接的问题;

   （3）协议的识别问题;

   （4）不同的通信服务的问题.

   1）字节顺序：Internet采用Big Endian

   2）字的长度

   3）字节定界：UDP有界，TCP无界

   4）字符编码（尤其是Java/Python等高级语言，网站开发中同样涉及）

   5）日期、时间、等国际化和本地化处理（网站开发中同样涉及）

2. 在 Linux的TCP并发服务端中，只关注是否有连接请求或数据到达，请用文字描述select模型的编程步骤，注明相应的函数和宏.…

   FD_ZERO(…)

   FD_SET(…) //将监听套接字存入读集合

   while(…)

   {

   准备集合（循环）

   设置timeout

   select（…）

   循环：若成功，逐一判断某套接字是否仍在某集合中，若是，执行相应的I/O操作或出错处理

   }

3. 什么是线程，什么是进程?

   进程:

   • 程序的运行实例，是软件的动态体现，侧重代码执行过程的管理和控制，通过运行执行预期功能

   • 一个进程实体由程序代码、数据和进程控制块三部分构成。

   线程:

   • 描述代码的微观运行情况，是cpu调度的基本单位，线程依附于进程
   • 线程自己不拥有系统资源，但它可与同一进程的其 它线程共享进程所拥有的全部资源

4. 先执行左下角的客户端，发现第二个客户端根本没有执行，

   提示连接被对端复位，为什么？（10分主观题）

   1.1)tcpls01v2，可以正常运行，尽管可以启动多个客户端，但仍然只有一个客户端执行完全部计算。其它的客户端根本没有机会参与计算，为什么?

5. 给客户端分配id的原因是什么？

6. 实际应用中面临的复杂问题

   假设套接字接收到的字节数是len，但应用程序读取的字节数是part，part <len，并且下次接收以前只处理了part/2个字节，后面该如何接收?前面的处理都比较简单、理想化，实际是比较复杂的。

   假如应用缓冲区中接收到了50个字节，还有50个字节在系统缓冲区中还没有读，并且这次接收的50个字节只处理了25个字节，此时，应用缓冲区还有25个字节没有处理，后面再接收的那些数据放到缓冲区的什么位置，才能保证

   1. 前面没处理的字节不要丢失，不要被覆盖
   2. 整个缓冲区要有足够的空间来容纳我新读入的数据，需要去凑，因为流式套接字数据不分界

三。判断题

1. epoll模型中,最多可以同时管理64个套接字 ×

2. Linux下，大部分套接字函数的返回值为-1时，表示操作失败。 √

3. 在Linux 中，服务端要使用1024以下的端口，需要具备root权限。 √

4. WinSock中的select模型用法与Linux中的完全相同。 ×

5. 在 Linux中，若监听套接字工作在非阻塞模式，accept(返回的响应套接字也会自动工作在非阻塞模式, √

6. TCP通信中，一方调用send的次数和另一方调用recv的次数可以不同。

7. ·发送4字节整数前，应将其转换为接收方硬件系统采用的字节顺序。

8. 不同OS中，协议栈的实现形式不同，有的是在内核中，有的不是

9. Windows 下，WSAStartup（）的作用是初始化 WinSock的执行环境。 √

10. wSAGetLastErrorO在任何情况下都可以获取上次套接字操作过程中

的错误代码。 ×

四、编程题

29、设计并实现一个基于Linux的TCP服务端，只有一个main函数，并发特性，工作IP地址是0.0.0.0，端口号是2022，所有套接字工作在非阻塞模式。不使用多线程。进入监听状态后，开始无限主循环:

1）准备工作。

2）无限主循环

2.1）等待客户端连接请求

2.2）当收到客户端连接请求后，显示格式化字符串“Connection %d from %s:%d”，其中第1个%d为服务端启动后连接的客户端的从1开始的序号，每当建立一个连接请求，该序号就增1。%s和第2个%d对应客户端套接字的点分十进制P地址和端口号,

2.3）与客户端进行交互，循环:

2.3.1）接收客户端发送过来的文字信息，不显示在屏幕上。客户端发送的数据组成为:2字节短整型数，其值为后面字符的个数，该值可以为0;从第3个字节开始是标准ASCII字符组成的字符串（不含字符串结束符)

2.3.2）将接收的文字信息中的问号替换为句号，再发送回客户端，反馈格式与接收格式相同

2.3.3）检测到网络故障后,显示"network error"，结束交互

2.3.4）检测到客户端关闭了连接后，显示"connectionclosed"，结束交互

2.5）关闭响应套接字

3）在主循环结束后，关闭监听套接字

要求:监听套接字为s0，响应套接字为s1，其它的变量名自行确定。

---

29、设计并实现一个基于Linux的TCP服务端，只有一个main函数，无并发特性，工作IP地址是0.0.0.0，端口号是2021，所有套接字工作在阻塞模式。进入监听状态后，开始无限主循环:

1）准备工作。

2）无限主循环

2.1）等待客户端连接请求

2.2）当收到客户端连接请求后，显示格式化字符串“Connection %d from %s:%d”，其中%d为服务端启动后连接的客户端的从1开始的序号，每当建立一个连接请求，该序号就增1。%s和第2个%d对应客户端套接字的点分十进制P地址和端口号,

2.3）与客户端进行交互，循环:

2.3.1）接收客户端发送过来的文字信息，不显示在屏幕上。客户端发送的数据组成为:2字节短整型数，其值为后面字符的个数，该值可以为0;从第3个字节开始是标准ASCII字符组成的字符串（不含字符串结束符)

2.3.2）将接收的文字信息中的问号替换为句号，再发送回客户端，反馈格式与接收格式相同

2.3.3）检测到网络故障后,显示"network error"，结束交互

2.3.4）检测到客户端关闭了连接后，显示"connectionclosed"，结束交互

2.5）关闭响应套接字

3）在主循环结束后，关闭监听套接字

要求:监听套接字为s0，响应套接字为s1，其它的变量名自行确定。

五、select模型

1. 套接字存储在fd_set集合,select模型会监控一段时间内集合中所有有效的套接字是否“操作就绪”,

   1. 若是会保留下来
   2. 否则将该套接字移出集合

2. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,struct timeval *timeout)

   1. nfds : 三个集合中所包含的最大描述符值+1

   2. readfds : 检查套接字可读性（响应套接字有数据到达，调用recv；对于监听套接字，有连接请求到达，可以调用accpet）

   3. writefds ：检查可写性 仅对响应套接字有效，成功调用 send()

   4. exceptfds：异常套接字集合，设NULL会无限期等待至出错

   5. timeout：超时时间设置，其类型是：

      struct timeval {

      　　long tv_sec; //seconds

      　　long tv_usec; //microseconds

      };//***timeout两个成员均为0，则select()会立即返回 ***

   6. 返回值：

      1. -1：错误，
      2. 0：规定时间内所有集合中的描述符都未变为就绪状态，
      3. >0：三个集合中处于就绪状态的描述符总数

3. select模型宏操作

   1. FD_ZERO(fd_set *） 清空某个几个，仅进行一次

   2. FD_SET(int, fd_set*）将某个描述符加入指定的集合

   3. FD_ISSET(int, fd_set*) 调用select模型后，判断某套接字是否存在于集合中，若存在，则可以对其进行某种I/O或出错处理

   4. FD_CLR(int, fd_set*) 将某个描述符从集合中移出，即不再关注该描述符

      使用select模型的框架

4. select模型使用

   FD_ZERO(...)//把set队列初始化成空队列

   FD_SET(...) //将监套接字加入读集合

   while(...)
   {

   准备集合（循环）

   设置timeout

   select（...）

   循环：若成功，逐一判断某套接字是否存在某集合中，

   若失败，执行相应的I/O操作或出错处理

   }

六、阻塞模式、非阻塞模式

1. 阻塞模式

   1. 当调用某函数时，若操作条件不具备，函数会一直处于等待状态，程序的执行进程会在该函数调用处停顿，知道操作完成或发生错误为止
   2. recv（） accept（）connect（） bind（）
   3. 典型的阻塞操作
      1. accept：当没有新的连接请求到来时，会一直等待，直到新的连接请求到来或发现错误
      2. recv/recvfrom：当没有数据到达时，会一直等待，直到数据到达或出现错误
      3. 操作不具备一直等待

2. 非阻塞模式

   1. 当调用某个函数时，无论操作条件是否具备，函数均会立即返回，程序的执行进程不会在该函数调用出停顿，而是继续执行。

   2. 通过返回值及errno判断函数返回的原因

      1. 返回值大于0，表示读取到了数据

      2. 返回值为-1，errno为EWOULDBLOCK表示操作条件不具备，表示无数据到达

         其他：errno表示出现了错误

   3. accept:当没有新的连接请求到来时，会一直等待

   4. recv:当没有数据到达时，会一直等待

   5. 非阻塞模式编程

      1. socket（AF_INET,SOCK_STREAM|SOCK_NONBLOCK,0）
      2. fcntl(sock,F_SETFL,fcntl(sock,F_GETFL,0)|O_NONBLOCK);

   6. 非阻塞模式编程框架

      n = recv(...)

      if(n>0)

      此时，数据已经读入到应用缓冲区，进行相应处理

      else if（n == 0）

      此时对方关闭了连接

      else

      if（errno == EAGAIN || errno == EWOULDBLOCK）

      并非真正错误，而是无数据到达

七、UDP/TCP编程框架

1. UDP编程框架

   服务器

   1）创建数据报套接字

   2）绑定（地址和端口信息，端口需要通知所有客户端）

   3）等待接收客户端数据

   4）收到数据后，按照通信规程（也可称为业务逻辑）处理，一般要反馈

   5）在必要的情况下，关闭套接字

​ 客户端工作过程 ：

​ 1）创建数据报套接字

​ 2）根据服务端公布的地址、端口信息，向服务端发送数据

​ 3）发送数据或反馈信息时，按与对方约定好的通信规程处理

​ 4）结束后，关闭套接字

2. 流式套接字编程框架

   客户端

   1）创建流式套接字

   2）根据服务端公布的地址信息，连接到服务端

   3）连接成功后，可以按照通信规程（业务逻辑）传输数据

   ​ 3.1）发送数据：将数据从应用程序缓冲区复制到套接字的发送缓冲区，至于何时真正发送到对方，由协议栈决定

   ​ 3.2）接收数据：将数据从套接字的接收缓冲区移动到应用程序的缓冲区，

   4）数据传输完成后，可关闭套接

   服务端

   1）创建流式套接字，目的是监听连接请求

   2）绑定对外公布的地址信息

   3）确定连接请求队列大小，进入监听套接字监听状态

   4）当有客户端的连接请求到来时，创建一个为该客户端提供1对1服务的流式套接字，它只起数据传输作用，称为响应套接字

   5）响应套接字与客户端套接字成为通信双方，这个通信是有连接的，在此基础上，可以按照通信规程（业务逻辑）传输数据

   ​ 5.1）发送数据：将数据从应用程序缓冲区复制到套接字的发送缓冲区，至于何时真正发送到对方，由协议栈决定

   ​ 5.2）接收数据：将数据从套接字的接收缓冲区移动到应用程序的缓冲区，

   6）数据传输完成后，可关闭响应套接字

   7）一般情况下，不关闭监听套接字，除非有特殊要求