[理学]第10章 嵌入式Linux网络编程.ppt

本章的要求 第10章、嵌入式Linux网络编程 掌握TCP/IP协议的基础知识 掌握嵌入式Linux基础网络编程 掌握嵌入式Linux高级网络编程 分析理解Ping源代码 能够独立编写客户端、服务器端的通信程序 能够独立编写NTP协议实现程序 本章的主要内容 10.1 TCP/IP协议概述 10.2 网络基础编程 10.3 网络高级编程 10.4 ping源码分析 10.5 实验内容——NTP协议实现 10.1 TCP/IP协议概述 OSI参考模型及TCP/IP参考模型 TCP 三次握手和TCP数据包头格式 为应用程序提供可靠的通信连接。适合于一次传输大批数据的情况。并适用于要求得到响应的应用程序。 UDP UDP即用户数据报协议，它是一种无连接协议，因此不需要像TCP那样通过三次握手来建立一个连接。同时，一个UDP应用可同时作为应用的客户或服务器方。由于UDP协议并不需要建立一个明确的连接，因此建立UDP应用要比建立TCP应用简单得多。 它比TCP协议更为高效，也能更好地解决实时性的问题。如今，包括网络视频会议系统在内的众多的客户/服务器模式的网络应用都使用UDP协议。 协议的选择 （1）对数据可靠性的要求 对数据要求高可靠性的应用需选择TCP协议，如验证、密码字段的传送都是不允许出错的，而对数据的可靠性要求不那么高的应用可选择UDP传送。 （2）应用的实时性 TCP协议在传送过程中要使用三次握手、重传确认等手段来保证数据传输的可靠性。使用TCP协议会有较大的时延，因此不适合对实时性要求较高的应用，如VOIP、视频监控等。相反，UDP协议则在这些应用中能发挥很好的作用。 （3）网络的可靠性 由于TCP协议的提出主要是解决网络的可靠性问题，它通过各种机制来减少错误发生的概率。因此，在网络状况不是很好的情况下需选用TCP协议（如在广域网等情况），但是若在网络状况很好的情况下（如局域网等）就不需要再采用TCP协议，而建议选择UDP协议来减少网络负荷。 10.2 网络基础编程 socket概念 在Linux中的网络编程是通过socket接口来进行的。socket是一种特殊的I/O接口，它也是一种文件描述符。它是一种常用的进程之间通信机制，通过它不仅能实现本地机器上的进程之间的通信，而且通过网络能够在不同机器上的进程之间进行通信。 每一个socket都用一个半相关描述{协议、本地地址、本地端口}来表示；一个完整的套接字则用一个相关描述{协议、本地地址、本地端口、远程地址、远程端口}来表示。socket也有一个类似于打开文件的函数调用，该函数返回一个整型的socket描述符，随后的连接建立、数据传输等操作都是通过socket来实现的。 socket类型 （1）流式socket（SOCK_STREAM） 流式套接字提供可靠的、面向连接的通信流；它使用TCP协议，从而保证了数据传输的正确性和顺序性。 （2）数据报socket（SOCK_DGRAM） 数据报套接字定义了一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证是可靠、无差错的。它使用数据报协议UDP。 （3）原始socket 原始套接字允许对底层协议如IP或ICMP进行直接访问，它功能强大但使用较为不便，主要用于一些协议的开发。 socket信息数据结构 数据存储优先顺序 的转换 计算机数据存储有两种字节优先顺序：高位字节优先（称为大端模式）和低位字节优先（称为小端模式）。Internet上数据以高位字节优先顺序在网络上传输，因此在有些情况下，需要对这两个字节存储优先顺序进行相互转化。这里用到了四个函数：htons()、ntohs()、htonl()和ntohl()。这四个地址分别实现网络字节序和主机字节序的转化，这里的h代表host，n代表network，s代表short，l代表long。通常16位的IP端口号用s代表，而IP地址用l来代表。 地址格式转化（1） 通常用户在表达地址时采用的是点分十进制表示的数值（或者是以冒号分开的十进制IPv6地址），而在通常使用的socket编程中所使用的则是二进制值，这就需要将这两个数值进行转换。这里在IPv4中用到的函数有inet_aton()、inet_addr()和inet_ntoa()，而IPv4和IPv6兼容的函数有inet_pton()和inet_ntop()。 地址格式转化（2） 名字地址转化 （1） 通常，人们在使用过程中都不愿意记忆冗长的IP地址，尤其到IPv6时，地址长度多达128位，那时就更加不可能一次次记忆那么长的IP地址了。因此，使用主机名将会是很好的选择。 在Linux中，同样有一些函数可以实现主机名和地址的转化，最为