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socket编程原理,详细的描述了网络结构以及socket通讯原理
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2011-01-22
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socket编程原理,详细的描述了网络结构以及socket通讯原理绝对值5分,有服务器端,客户端,面向连接,可靠的字节流,远程登陆(Telnet),数字话音,无连接 ,不可靠的数据报 ,有确认的数据报,网络数据库查询,差错控制,流控制,字节流 ,缓存/带外数据,等详细描述。
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写在前面----socket 编程原理
1问题的引入
UNIX 系统的 I/O 命令集,是从 Maltics 和早期系统中的命令演变出来的,其模式为打
开一读/写一关闭(open-write-read-close)。在一个用户进程进行 I/O 操作时,它首先
调用“打开”获得对指定文件或设备的使用权,并返回称为文件描述符的整型数,以描述
用户在打开的文件或设备上进行 I/O 操作的进程。然后这个用户进程多次调用“读/写”以
传输数据。当所有的传输操作完成后,用户进程关闭调用,通知操作系统已经完成了
对某对象的使用。
TCP/IP 协议被集成到 UNIX 内核中时,相当于在 UNIX 系统引入了一种新型的 I/O 操作。
UNIX 用户进程与网络协议的交互作用比用户进程与传统的 I/O 设备相互作用复杂得多。
首先,进行网络操作的两个进程钥纪 纪 同机器上,如何建立它们之间的联系?其
次,网络协议存在多种,如何建立一种通用机制以支持多种协议?这些都是网络应用
编程界面所要解决的问题。
在 UNIX 系统中,网络应用编程界面有两类:UNIXBSD 的套接字(socket)和 UNIX
SystemV 的 TLI。由于 Sun 公司采用了支持 TCP/IP 的 UNIXBSD 操作系统,使 TCP/IP
的应用有更大的发展,其网络应用编程界面──套接字(socket)在网络软件中被广泛
应用,至今已引进微机操作系统 DOS 和 Windows 系统中,成为开发网络应用软件的强
有力工具,本章将要详细讨论这个问题。
2套接字编程基本概念
钥纪 纪 始使用套接字编程之前,首先必须建立以下概念。
2.1网间进程通信
进程通信的概念最初来源于单机系统。由于每个进程都在自己的地址范围内运行,为
保证两个相互通信的进程之间既互不干扰又协调一致工作,操作系统为进程通信提供
了相应设施,如 UNIXBSD 中的管道(pipe)、命名管道( namedpipe)和软中断信
号(signal), UNIXsystemV 的消息(message)、共享存储区( sharedmemory)和
信号量(semaphore)等,但都仅限于用在本机进程之间通信。网间进程通信要解决的是
不同主机进程间的相互通信问题(可把同机进程通信看作是其中的特例)。为此,首
先要解决的是网间进程标识问题。同一主机上,不同进程可用进程号(processID)唯
一标识。但在网络环境下,各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如,主
机 A 赋于某进程号 5,在 B 机中也可以存在 5 号进程,因此,“5 号进程”这句话就没有
意义了。
其次,操作系统支持的网络协议众多,不同协议的工作方式不同,地址格式也不同。
因此,网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。
为了解决上述问题,TCP/IP 协议引入了下列几个概念。
端口
网络中可以被命名和寻址的通信端口,是操作系统可分配的一种资源。
按照 OSI 七层协议的描述,传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通
信能力。从这个意义上讲,网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址了,还包括可以
描述进程的某种标识符。为此,TCP/IP 协议提出了协议端口(protocolport,简称端
口)的概念,用于标识通信的进程。
端口是一种抽象的软件结构(包括一些数据结构和 I/O 缓冲区)。应用程序(即进程)
通过系统调用与某端口建立连接(binding)后,传输层传给该端口的数据都被相应进
程所接收,相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。在 TCP/IP 协议的实现中,
端靠纪 纪作类似于一般的 I/O 操作,进程获取一个端口,相当于获取本地唯一的 I/O
文件,可以用一般的读写原语访问之。
类似于文件描述符,每个端口都拥有一个叫端口号(portnumber)的整数型标识符,
用于区别不同端口。由于 TCP/IP 传输层的两个协议 TCP 和 UDP 是完全独立的两个软
件模块,因此各自的端口号也相互独立,如 TCP 有一个 255 号端口,UDP 也可以有一
个 255 号端口,二者并不冲突。
端口号的分配是一个重要问题。有两种基本分配方式:第一种叫全局分配,这是一种
集中控制方式,由一个公认的中央机构根据用户需要进行统一分配,并将结果公布于
众。第二种是本地分配,又称动态连接,即进程需要访问传输层服务时,向本地操作
系统提出申请,操作系统返回一个本地唯一的端口号,进程再通过合适的系统调用将
自己与该端口号联系起来(绑扎)。TCP/IP 端口号的分配中综合了上述两种方式。
TCP/IP 将端口号分为两部分,少量的作为保留端口,以全局方式分配给服务进程。因
此,每一个标准服务器都拥有一个全局公认的端口(即周知口,well-knownport),即
使钥纪 纪 同机器上,其端口号也相同。剩余的为自由端口,以本地方式进行分配 。
TCP 和 UDP 均规定,小于 256 的端口号才能作保留端口。
地址
网络通信中通信的两个进程分别钥纪 纪 同的机器上。在互连网络中,两台机器可
能位涌纪 纪 同的网络,这些网络通过网络互连设备(网关,网桥,路由器等)连
接。因此需要三级寻址:
1.某一主机可与多个网络相连,必须指定一特定网络地址;
2.网络上每一台主机应有其唯一的地址;
3.每一主机上的每一进程应有在该主机上的唯一标识符。
通常主机地址由网络 ID 和主机 ID 组成,在 TCP/IP 协议中用 32 位整数值表示;TCP 和
UDP 均使用 16 位端口号标识用户进程。
网络字节顺序
不同的计算机存放多字节值的顺序不同,有的机器在起始地址存放低位字节(低价先
存),有的存高位字节(高价先存)。为保证数据的正确性,在网络协议中须指定网
络字节顺序。TCP/IP 协议使用 16 位整数和 32 位整数的高价先存格式,它们均含在协
议头文件中。
连接
两个进程间的通信链路称为连接。连接在目纪 纪 表现为一些缓冲区和一组协议机
制,在外部表现出比无连接高的可靠性。
半相关
综上所述,网络中用一个三元组可以在全局唯一标志一个进程:
(协议,本地地址,本地端口号)
这样一个三元组,叫做一个半相关(half-association),它指定连接的每半部分。
全相关
一个完整的网间进程通信需要由两个进程组成,并且只能使用同一种高层协议。也就
是说,不可能通信的一端用 TCP 协议,而另一端用 UDP 协议。因此一个完整的网间通
信需要一个五元组来标识:
(协议,本地地址,本地端口号,远地地址,远地端口号)
这样一个五元组,叫做一个相关(association),即两个协议相同的半相关才能组合成
一个合适的相关,或完全指定组成一连接。
2.2服务方式
在网络分层结构中,各层之间是严格单向依赖的,各层次的分工和协作集中体现在相
量纪 纪之间的界面上。“服务”是描述相量纪 纪之间关系的抽象概念,即网络中各
层向紧邻上层提供的一组操作。下层是服务提供者,上层是请求服务的用户。服务的
表现形式是原语(primitive),如系统调用或库函数。系统调用是操作系统内核向网络
应用程序或高层协议提供的服务原语。网络中的 n 层总要向 n+1 层提供比 n-1 层更完备
的服务,否则 n 层就没有存在的价值。
在 OSI 的术语中,网络层及其以下各层又称为通信子网,只提供点到点通信,没有程
序或进程的概念。而传输层实现的是“端到端”通信,引进网间进程通信概念,同时也要
解决差错控制,流量控制,数据排序(报文排序),连接管理等问题,为此提供不同
的服务方式:
面向连接(虚电路)或无连接
面向连接服务是电话系统服务模式的抽象,即每一次完整的数据传输都要经过建立连
接,使用连接,终止连接的过程。在数据传输过程中,各数据分组不携带目的地址,
而使用连接号(connectID)。本质上,连接是一个管道,收发数据不但顺序一致,而
且内容相同。TCP 协议提供面向连接的虚电路。
无连接服务是邮政系统服务的抽象,每个分组都携带完整的目的地址,各分组在系统
中独立传送。无连接服务不能保证分组的先后顺序,不进行分组出错的恢复与重传,
不保证传输的可靠性。UDP 协议提供无连接的数据报服务。
下面给出这两种服务的类型及应用中的例子:
服务类型
服务
例子
面向连接
可靠的报文流
可靠的字节流
不可靠的连接
文件传输(FTP)
远程登录(Telnet)
数字话音
无连接
不可靠的数据报
有确认的数据报
请求-应答
电子邮件(E-mail)
电子邮件中的挂号信
网络数据库查询
顺序
在网络传输中,两个连续报文在端-端通信中可能经过不同路径,这样到达目的地时
的顺序可能会与发送时不同。“顺序”是指接收数据顺序与发送数据顺序相同。TCP 协议
提供这项服务。
差错控制
保证应用程序接收的数据无差错的一种机制。检查差错的方法一般是采用检验“检查和
(Checksum)”的方法。而保证传送无差错的方法是双方采用确认应答技术。 TCP 协
议提供这项服务。
流控制
在数据传输过程中控制数据传输速率的一种机制,以保证数据不被丢失。TCP 协议提
供这项服务。
字节流
字节流方式指的是仅把传输中的报文看作是一个字节序列,不提供数据流的任何边界。
TCP 协议提供字节流服务。
报文
接收方要保存发送方的报文边界。UDP 协议提供报文服务。
全双工/半双工
端-端间数据同时以两个方向/一个方向传送。
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资源评论
- xiaobojie2013-01-04好像是文件有点问题
- lihongju2012-07-01看介绍挺好的,可惜下载了打不开
- krdsg2011-09-15打不开啊 文件已损坏
dojiqi1
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