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基于 Socket 的网络编程

Socket又称为套接字，是采用客户 /服务器模型设计的网络通信接口。 Socket接口最早使

用在 Unix 系统中， Windows 提供的 Socket通信称为 WinSock，目前存在 v1.1 版本（被封装

在 WinSock.dll 动态链接库文件中）和 v2.0 版本（被封装在 WS2_32.dll 动态链接库文件中）。

v1.1 版本是针对 Internet 而设计的，在 v2.0 版本中已经不再局限于 TCP/IP 协议，而是根据

Microsoft 提出的 Windows 开放系统架构（ Windows Open System Architecture，WOSA）模型，

定义了一个标准服务提供接口（ Standard Service Provider Interface，SPI）。通过 SPI 编程接

口，WinSock 的应用范围扩大到绝大部分的网络和协议。

.NET Framework 在 System.Net.Sockets名空间提供了对 WinSock 的托管封装，提供

Socket、TcpListener、TcpClient、UdpClient 以及 NetworkStream 等类来实现 Socket网络通信。

类说明

Socket

对 WinSock 的封装和扩展

TcpListener

封装使用 TCP 协议进行网络侦听的 Socket

TcpClient

封装使用 TCP 协议进行网络通信的 Socket

UdpClient

封装使用 UDP 协议进行网络通信的 Socket

NetworkStream

使用流的概念封装网络通信的数据

在这些类中， Socket类为核心类，它提供了使用 WinSock 进行网络通信的基本功能。

一、网络编程概念

网络中主机间的通信是通过网络协议实现的。目前，存在两种网络通信协议模型：开放

系统互连（ Open System Interconnection，OSI）参考模型和 TCP/IP 模型。

1、 OSI 参考模型

OSI 参考模型是一个多层通信协议模型，所谓开放是指允许任意两个具有不同基本体系

结构的系统进行通信的一套协议族。 OSI 参考模型最初是由国际化标准组织（ International

Standard Organization，ISO）开发， 1983 年成为国际标准。

OSI 参考模型将网络划分成 7 层，从上之下分别是：应用层（ Application Layer ）、表示

层（Presentation Layer）、会话层（ Session Layer）、传输层（ Transport Layer）、网络层

（Network Layer）、数据链路层（ Data Link Layer）和物理层（ Physical Layer）。其中，每

一层只与其上下两层直接通信，高层协议偏重于处理用户服务和各种应用请求，底层协议注

重于处理实际的信息传输。分层的目的是在于将各种特定的功能分离，并使其实现对其他层

来说是透明且相互独立的。

下图描述了一个包含通信子网的 OSI 网络通信模型。

Engineers，IEEE）定义的有所不同。 IEEE 定义的数据链路层包含逻辑链路控制（Logical

Link Control Layer ，LLC ）和介质访问控制（Media Access Control Layer，MAC ）。MAC 层

基本对应 OSI 模型中的数据链路层， LLC 层主要提供可靠的面向连接服务与无连接的数据报

服务， ISO 在这之上提供了两种网络层服务，即面向连接的网络服务和无连接的网络服务。

（3）网络层

网络层提供跨越多个网络的路由和寻址功能，使两个终端系统能够以最佳路径进行互连，

并具有一定的堵塞控制和流量控制能力。

在网络层中，通常以数据包（ Packet）为单位传输数据。在数据包中可以包含一个 16 位

的校验和，但这个校验和可能只能保证网络层包头的信息，而不能保证数据包信息。如： IP

协议（ Internet Protocol）。

网络层的端到端寻址独立于数据链路层，网络层的寻址由网络标识附加主机标识组成。

主机标识指明网络或子网中的一个节点；网络标识可能是子网化的 IP，单调的 IPX（Internet

Packet Exchange），也可能是层次化的 DECnet（Digital Equipment Corporation's net）。路由

信息协议（ Routing Information Protocol，RIP），或开放式最短路径优先（Open Shortest

Path First，OSPF）这些协议将有关网络标识的信息广播到其他路由器，以便可以转发相应

的数据包。

在网络维护中，所使用的 Ping 指令是在应用层直接使用网络层的 ICMP 协议（ Internet

Control Message Protocol）的服务指令。

（4）传输层

传输层是一个过渡性层次，在其下 3 层主要处理网络通信，发送方和接收方之间的每个

节点都必须执行下 3 层的协议，确保数据被准确有效地传输；在传输层及其上 3 层主要为用

户提供服务，工作于发送节点和接受节点之上，确保数据被正确接受，并答复发送节点。

传输层在两个通信系统之间建立一条通信链路，允许其上 3 层不受实际网络结构的约束

执行各自的任务，同时依靠其下 3 层控制实际的网络操作，监督数据从源节点出发，最终到

达目标节点。

传输层还处理一些由网络层引起的错误，如包丢失、重复包等等，同时还可以对包进行

重新排序、分段（用于传输大的报文）和重装，这有助于在网络发生拥塞时降低发送数据的

速率。此外，传输层还包括多路复用、连接管理等。

（5）会话层

会话层提供命名服务，实现逻辑名到网络地址的映射；允许不同主机上的应用程序进行

会话或建立虚连接；为丢失的连接事件提供检查。

会话层使用逻辑名或别名建立会话，通常在会话建立之后在数据报中嵌入会话标志。不

同系列的协议都提供查找与地址相关逻辑名的方法，如： TCP/IP 协议族使用域名服务系统

（Domain Name System，DNS），IPX/SPX 采用 NetWare 服务广播协议（ Service Advertising

Protocol，SAP）。

会话层协议还包括 NetBIOS（Network Basic Input and Output Service）、远程过程调用

（Remote Procedure Call，RPC）等。

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