1.1 TFTP简介、通信过程
1.1.1 TFTP概述
TFTP：简单文本传送协议；
最初用于引导无盘系统，被设计用来传输小文件
特点：
基于UDP协议实现
不进行用户有效性认证
数据传输模式：
octet: 二进制模式
netascii: 文本模式
mail: 已经不再支持
1.1.2 TFTP通信过程
TFTP通信总结
- 服务器在69号端口等待客户端的请求
- 服务器若批准此请求，则使用临时端口与客户端进行通信
- 每个数据包的编号都有变化（从1开始）
- 每个数据包都要得到ACK的确认如果出现超时，则需要重新发送最后的包（数据或ACK）
- 数据的长度以512Bytes传输
- 小于512Bytes的数据意味着传输结束
1.1.3 TFTP协议分析
注意：
以上的0代表的是’\0’
不同的差错码对应不同的错误信息
错误码：
0： 未定义，参见错误信息
1： File not found
2: Access violation
3: Disk full or allocation exceeded
4: illegal TFTP operation
5: Unknown transfer ID
6: File already exists
7: No such user
8: Unsupported option(s) requested
1.1.4 练习—TFTP客户端
练习要求：
使用TFTP协议，下载server上的文件到本地
实现思路：
1、构造请求报文，送至服务器（69端口）；
2、等待服务器回应；
3、分析服务器回应；
4、接收数据，直到接收到的数据包小于规定数据长度
服务器端事先通过准备好的软件来使用
设置服务器
客户端编写代码
#include <stdio.h> //printf
#include <stdlib.h> //exit
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h> //socket
#include <netinet/in.h> //sockaddr_in
#include <arpa/inet.h> //htons inet_addr
#include <unistd.h> //close
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
void do_download(int sockfd, struct sockaddr_in serveraddr){
char filename[128] = "";
printf("请输入要下载的文件名：");
scanf("%s",filename);
//给服务器发送信息，告知服务器执行下载操作
unsigned char text[1024] = "";
int text_len;
socklen_t addrlen = sizeof(struct sockaddr_in);
int fd;
int flags = 0;
int num = 0;
ssize_t bytes;
//构建给服务器发送的tftp指令并发送给服务器，例如01test.txtoctet0
text_len = sprintf(text,"%c%c%s%c%s%c",0,1,filename,0,"octet",0);
if(sendto(sockfd,text,text_len,0,(struct sockaddr *)&serveraddr,addrlen) < 0){
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
while(1){
//接收服务器发送过来的数据并处理
if((bytes = recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&serveraddr,*addrlen)) == -1){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
//判断操作码执行相应的处理
if(text[1] == 5){
printf("error: %s\n",text + 4); //打印差错信息
return;
}
else if(text[1] == 3){
if(flags == 0){
//创建文件,只创建一次
if((fd = open(filename,O_WRONLY | O_CREAT | O_TRUNC, 0664)) < 0){
perror("fail to open");
exit(1);
}
flags = 1;
}
//对比编号和接收的数据大小并将文件内容写入文件
if((num + 1 == ntohs(*(unsigned short *)(text + 2))) && (bytes == 516)){
num = ntohs(*(unsigned short *)(text + 2));
if(write(fd,text+4,bytes - 4) < 0){
perror("fail to write");
exit(1);
}
//当文件写入完毕后，给服务器发送ACK
text[1] = 4;
if(sendto(sockfd, text, 4, 0, (struct sockaddr *)&serveraddr,addrlen) < 0 ){
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
//当最后一个数据接收完毕后，写入文件后退出函数
else if(num + 1 == ntohs(*(unsigned short *)(text + 2)) && (bytes < 516)){
if(write(fd,text + 4, bytes - 4) < 0){
perror("fail to write");
exit(1);
}
text[1] = 4;
if(sendto(sockfd,text,4,0,(struct sockaddr *)&serveraddr, addrlen)< 0){
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
printf("文件下载完毕")；
}
}
}
}
int main(int argc, char **argv)
{
if(argc < 2){
fprintf(stderr,"Usage: %s <server_ip>\n",argv[0]);
exit(1);
}
int sockfd;
struct sockaddr_in serveraddr;
//创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//填充服务器网络信息结构体
serveraddr.sin_family = AF_INET;
serveraddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(agrv[1]); //tftp服务器的ip地址，192.168.3.78
serveraddr.sin_port = htons(69); //tftp服务器的端口默认是69
do_download(sockfd,serveraddr); //下载操作
return 0;
}
1.2 UDP—广播
1.2.1 广播的概念
广播：由一台主机向该主机所在子网内的所有主机发送数据的方式，
例如192.168.3.103主机发送广播信息，则192.168.3.1~192.168.3.254所有主机都可以接收到数据
广播只能用UDP或原始IP实现，不能用TCP
广播的用途：
单个服务器与多个客户主机通信时减少分组流通
以下几个协议都用到广播
1.地址解析协议（ARP）
2.动态主机配置协议（DHCP）
3.网络时间协议（NTP）
广播的特点：
1.处于同一子网的所有主机都必须处理数据
2.UDP数据包会沿协议栈向上一直到UDP层
3.运行音视频等较高速率工作的应用，会带来大负
4.局限于局域网内使用
广播地址
{网络ID，主机ID}
网络ID表示由子网掩码中1覆盖的连续位
主机ID表示由子网掩码中0覆盖的连续位
定向广播地址：主机ID全1
1、例：对192.168.220.0/24，其定向广播地址为192.168.220.255
2、通常路由器不转发该广播
受限广播地址：255.255.255.255
路由器从不转发该广播
1.2.2 广播和单播的对比
单播：
广播：
1.2.3 广播流程
发送者：
第一步：创建套接字socket()
第二步：设置为允许发送广播权限setsocket()
第三步：向广播地址发送数据sendto()
接收者：
第一步：创建套接字socket()
第二步：将套接字与广播的信息结构体绑定bind()
第三步：接收数据recvfrom()
套接字选项
int setsockopt(int sockfd,int level,int optname,const void *optval,socklen_t optlen);
参数：
sockfd: 文件描述符
level: 协议层次
SOL_SOCKET 套接字层次
IPPROTO_TCP tcp层次
IPPROTO_IP IP层次
optname: 选项的名称
SO_BROADCAST 允许发送广播数据包
SO_RCVBUF 接收缓冲区大小
SO_SNDBUF 发送缓冲区大小
optval: 设置的选项的值
int类型的值，存储的是bool的数据(1和0)
0 不允许
1 允许
option_len: option_value的长度
返回值
成功执行返回0，否则返回-1
1.2.4 广播示例
发送者
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char* argv[]){
if(argc < 3){
fprintf(stderror,"Useage:%s <ip> <port>\n",argv[0]);
exit(1)
}
int sockfd;
struct sockaddr_in broadcataddr; //服务器网络信息结构体
socklen_t addrlen = sizeof(broadcataddr);
//第一步：创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))< 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//第二步：设置为允许发送广播权限
int on = 1;
if(setsockopt(sockfd,SOL_SOCKET,SO_BROADCAST,&on,sizeof(on)) < 0){
perror("fail to setsockopt");
exit(1);
}
//第三步：填充广播信息结构体
broadcataddr.sin_family = AF_INET;
broadcataddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); //192.168.3.255 或者255.255.255.255
broadcataddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
//第四步：进行通信
char buf[128] = "";
while(1){
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
if(sendto(sockfd,buf,0,(struct sockaddr *)&broadcataddr,addrlen)){
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
}
return 0;
}
接收
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char* argv[]){
if(argc < 3){
fprintf(stderror,"Useage:%s <ip> <port>\n",argv[0]);
exit(1)
}
int sockfd;
struct sockaddr_in broadcataddr; //服务器网络信息结构体
socklen_t addrlen = sizeof(broadcataddr);
//第一步：创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0))< 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
//第二步：填充广播信息结构体
broadcataddr.sin_family = AF_INET;
broadcataddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); //192.168.3.255 或者255.255.255.255
broadcataddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
第三步：将套接字与广播信息结构体绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&broadcataddr,addrlen) < 0){
perror("fail to bind");
exit(1);
}
//第四步：进行通信
char text[32] = "";
struct sockaddr_in sendaddr;
while(1){
if(recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),0,(struct sockaddr *)&sendaddr,&addrlen)){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
printf("[%s - %d]: %s\n",inet_ntoa(sendaddr.sin_addr),ntohs(sendaddr.sin_port),text);
}
return 0;
}
1.3 UDP—多播
1.3.1 多播概述
多播：数据的收发仅仅在同一分组中进行，所以多播又称之为组播。
多播的特点：
1、多播地址标示一组接口
2、多播可以用于广域网使用
3、在IPV4中，多播是可选的
1.3.2 多播地址
IPV4的D类地址是多播地址
十进制：224.0.0.1 ~ 239.255.255.254
十六进制：E0.00.00.01 EF.FF.FF.FE
多播地址向以太网MAC地址的映射
1.3.3 UDP多播工作过程
比起广播，多播具有可控性，只有加入多播组的接收者才可以接收数据，否则接收不到
1.3.4 多播流程
发送者：
第一步：创建套接字 socket()
第二步：向多播地址发送数据 sendto()
接收者：
第一步：创建套接字socket()
第二步：设置加入多播组setsockopt()
第三步：将套接字与多播信息结构体绑定bind()
第四步：接收数据recvfrom()
1.3.5 多播地址结构体
在IPV4因特网络(AF_INET)中，多播地址结构体用如下结构体ip_mreq表示
struct in_addr
{
in_addr_t s_addr;
}
struct ip_mreq
{
struct in_addr imr_multiaddr; //多播组IP
struct in_addr imr_interface; //将要添加到多播组的IP
}
1.3.6 多播套接口选项
int setsockopt(int sockfd, int level, int optname, const void *optval_value, socklen_t optlen);
功能：设置一个套接字的选项(属性)
参数：
socket: 文件描述符
level: 协议层次
IPPROTO_IP IP层次
option_name: 选项名称
IP_ADD_MEMBERSHIP 加入多播组
IP_DROP_MEMBERSHIP 离开多播组
option_value： 设置的选项的值
struct ip_mreq
{
struct in_addr imr_multiaddr; //多播组IP
struct in_addr imr_interface; //将要添加到多播组的IP
//INADDR_ANY 任意主机地址（自动获取你的主机地址）
}
option_len: option_value的长度
返回值：
成功：0
失败：-1
1.3.7 加入多播组示例
发送者：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char* argv[]){
if(argc < 3){
fprintf(stderror,"Useage:%s <ip> <port>\n",argv[0]);
exit(1)
}
int sockfd;
struct sockaddr_in groupcastaddr; // 服务器网络信息结构体
socklen_t addrlen = sizeof(groupcastaddr);
// 第一步： 创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
// 第二步： 填充组播信息结构体
groupcastaddr.sin_family = AF_INET;
groupcastaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); //224.x.x.x - 239.255.255.254
groupcastaddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
// 第三步： 进行通信
char buf[128] = "";
while(1){
fgets(buf,sizeof(buf),stdin);
buf[strlen(buf) - 1] = '\0';
if(sendto(sockfd,buf,sizeof(buf),(struct sockaddr *)&groupcastaddr,socklen_t) < 0){
perror("fail to sendto");
exit(1);
}
}
return 0;
}
接收者：
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <netinet/in.h>
#include <arpa/inet.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
int main(int argc, char* argv[]){
if(argc < 3){
fprintf(stderror,"Useage:%s <ip> <port>\n",argv[0]);
exit(1)
}
int sockfd;
struct sockaddr_in groupcastaddr; // 服务器网络信息结构体
socklen_t addrlen = sizeof(groupcastaddr);
// 第一步： 创建套接字
if((sockfd = socket(AF_INET,SOCK_DGRAM,0)) < 0){
perror("fail to socket");
exit(1);
}
// 第二步: 设置为加入多播组
struct ip_mreq mreq;
mreq.imr_multiaddr.s_addr = inet_addr(argv[1]);
mreq.imr_interface.s_addr = INADDR_ANY;
if(setsockopt(sockfd,IPPROTO_IP,IP_ADD_MEMBERSHIP,&mreq,sizeof(mreq)) < 0){
perror("fail to setsockopt");
exit(1);
}
// 第三步： 填充组播信息结构体
groupcastaddr.sin_family = AF_INET;
groupcastaddr.sin_addr.s_addr = inet_addr(argv[1]); //224.x.x.x - 239.255.255.254
groupcastaddr.sin_port = htons(atoi(argv[2]));
//第四步： 将套接字与广播信息结构体绑定
if(bind(sockfd,(struct sockaddr *)&groupcastaddr, addrlen) < 0){
perror("fail to bind");
exit(1);
}
// 第五步： 进行通信
char text[32] = "";
struct sockaddr_in sendaddr
while(1){
if(recvfrom(sockfd,text,sizeof(text),(struct sockaddr *)&sendaddr,&socklen_t) < 0){
perror("fail to recvfrom");
exit(1);
}
printf("[%s - %d]: %s\n",inet_ntoa(sendaddr.sin_addr),ntohs(sendaddr.sin_port),text);
}
return 0;
}
