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必厚於
5 years ago
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1 网络编程简介授课老师 : 赵增华助教 : 杨金峰邮件 : myjfm@163.com

2 两台计算机通过网络进行通信端口端口 A 协议网络协议 B

3 IP 地址 IP 网络中每台主机都必须有一个惟一的 IP 地址 ; IP 地址是一个逻辑地址 ; 因特网上的 IP 地址具有全球唯一性 ; 32 位, 4 个字节, 常用点分十进制的格式表示, 例如 :

4 端口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的进程所接收, 相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出端口用一个整数型标识符来表示, 即端口号端口号跟协议相关, 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, 端口通常称为协议端口 (protocol port), 简称端口端口使用一个 16 位的数字来表示, 它的范围是 0~65535, 1024 以下的端口号保留给预定义的服务例如 : http 使用 80 端口

5 协议为进行网络中的数据交换 ( 通信 ) 而建立的规则标准或约定 (= 语义 + 语法 + 规则 ) 不同层具有各自不同的协议

6 数据封装一台计算机要发送数据到另一台计算机, 数据首先必须打包, 打包的过程称为封装封装就是在数据前面加上特定的协议头部数据协议头数据

7 TCP/IP 模型 TCP/IP 起源于美国国防部高级研究规划署 (DARPA) 的一项研究计划实现若干台主机的相互通信现在 TCP/IP 已成为 Internet 上通信的工业标准 TCP/IP 模型包括 5 个层次 : 应用层传输层网络层数据链路层物理层

8 套接字 (socket) 的引入为了能够方便的开发网络应用软件, 由美国伯克利大学在 Unix 上推出了一种应用程序访问通信协议的操作系统调用 socket( 套接字 ) socket 的出现, 使程序员可以很方便地访问 TCP/IP, 从而开发各种网络应用的程序随着 Unix 的应用推广, 套接字在编写网络软件中得到了极大的普及后来, 套接字又被引进了 Windows 等操作系统中 Java 语言也引入了套接字编程模型

9 Socket Socket 是由应用层程序创建, 用于和传输层通信的接口 socket 由 OS 维护, 类似于文件描述符它允许与远程主机上的进程发送 / 接收消息 Application Sockets TCP IP data link physical Physical Communication Application Sockets TCP IP data link physical

10 TCP API : a session S E R V E R Locks until connection Elab socket() bind() listen() accept() read recv() write send() close() socket() connect() write send() read recv() close() NOTE: bind() can be skipped in the client Little delay (TCP handshake) C L I E N T

11 UDP API: a session NOTE: no listen() and accept() by the server S E R V E R socket() bind() recvfrom() sendto() close() socket() sendto() recvfrom() close() NOTE: no connect() for the client C L I E N T

12 Socket API: socket() 要使用 socket 用于通信, 首先需要创建 socket : /*socket_type=sock_stream SOCK_DGRAM*/ /*AF_INET means we use IP (version 4)*/ /*0 is for IP (not ICMP or others)*/ int sd = socket(af_inet, socket_type, 0); Protocol Family TCP/IP Internet Xerox NS Intra-host Unix DEC DNA Service Type datagram (UDP) reliable, in order (TCP) raw socket Symbolic Name AF_INET AF_NS AF_UNIX AF_DECNET symbolic name SOCK_DGRAM SOCK_STREAM SOCK_RAW

13 Socket API : bind() 功能 : 将套接字绑定上本机 IP 地址以及端口号 struct sockaddr local_addr; int size = sizeof(local_addr); bind (sd, &local_addr, size); Note: 1 只有服务器端必需调用此函数, 客户端不需要 2 传递的是 sockaddr 结构而不是 sockaddr_in 结构一般我们需要操作 sockaddr_in 结构, 然后将其强制类型转换为 sockaddr 结构即可

14 指定 IP 地址三种形式 : 1 主机名 (string) 如 localhost 2 点分十进制 (string) 如二进制 (u_long) inet_addr(): gethostbyname(): 点分十进制 to 二进制主机名 to 二进制

15 指定端口 reserved for standard services 21 ftp 23 telnet 25 SMTP 80 HTTP Available only to priviledged users Usuable by system and user processes Usuable by user processes only

16 两个需要注意的结构 struct sockaddr_in { }; u_char sin_len; u_short sin_family; u_short sin_port; struct in_addr sin_addr; char sin_zero[8]; struct sock_addr { }; u_char sa_len; u_short sa_family; char sa_data[14]; struct in_addr { }; /* 32 位 ip 地址, 某些系统以 u_long 代替 */ in_addr_t s_addr;

17 Socket API: close(), shutdown() 直接关闭套接字 :( 类似于关闭文件 ) close(sd); 关闭单向 / 双向连接 : shutdown(sd, how); /* how = 0 -> disable receptions */ /* how = 1 -> disable transmission */ /* how = 2 -> the same as close() */

18 TCP API (SERVER): listen() 功能 : 将套接字置为被动套接字 listen (sd, req_no); req_no: 允许请求连接的队列项的最大值 Note: 1 服务器可能会在处理当前请求的同时又有新的连接请求到来, 因此应该设置队列以排队请求 2 调用 listen() 之后服务器还并不能接收连接请求

19 TCP API (SERVER) : accept() 功能 : 在相应套接字监听连接请求 int new_sd, sd, size; struct sockaddr remote_addr; new_sd = accept(sd, &remote_addr, &size); note: 1 当队列中没有连接请求时 accept 将服务器进程阻塞阻塞 2 利用 sd 进行连接请求的监听, 而 accept 返回的是一个新的 socket 描述符 new_sd, 利用这个新的描述符处理当前连接请求 3 可以创建一个子进程去处理 new_sd, 也可以创建线程处理

20 TCP API: send() 功能 : 经套接字向远程端点的进程发送信息 int nsent, sd, bytes_no, flags; const char msg[some_size]; nsent = send(sd, &msg, bytes_no, flags); sd: 套接字描述符 &msg: 缓冲区地址 bytes_no: 想要发送数据的字节数 falgs: 一般置 0.

21 TCP API: recv() 功能 : 接收远程端点的进程发送来的信息 int nrecv, sd, bytes_no, flags; char buffer[some_size]; nrecv = recv(sd, &buffer, bytes_no, flags) flag: MSG_DONTROUTE : MSG_PEEK : MSG_WAITALL :... 不查找路由表 ( 用于 send 函数 ) 查看数据, 并不从系统缓冲区移走数据等待所有数据

22 TCP API: read(), write() read() 与 recv(x, x, x, 0) 作用相同 write() 与 send(x, x, x, 0) 作用相同 read()/write() 优点 : 程序员对之熟悉, 与操作普通文件很类似 recv()/send() 优点 : 程序中的语义明显

23 TCP API (CLIENT): connect() 功能 : 客户端通过套接字 sd 向服务器端发起 tcp 连接 struct sockaddr remote_addr; connect(sd, remote_addr, size); Note: 1 自动完成了 bind 函数的功能, 这就是为什么 client 端不需要调用 bind 函数得原因 2 完成了三路握手的过程

24 UDP API: sendto(), recvfrom() 功能 : 向 / 由目的主机发送 / 接收 udp 数据报 int nsent, nrecv, sd, bytes_no, flags; int to_size, from_size; const char msg; char buffer; const struct sockaddr to; struct sockaddr from; nsent = sendto(sd, &msg, bytes_no, flags, &to, to_size); nrecv = recvfrom(sd, &buffer, bytes_no, flags, &from, &from_size); note: 1 无须握手过程, server 端直接调用 recvfrom 等待 client 端发送数据报 2 前四个参数和 send/recv 相同, 后两个参数 : to/from : 目的主机地址结构, 包括目的主机 IP 及端口号 to_size/from_size:to/from 结构体的大小

25 END! Thank you!

Chapter #

Chapter # 第三章 TCP/IP 协议栈本章目标通过本章的学习, 您应该掌握以下内容 : 掌握 TCP/IP 分层模型掌握 IP 协议原理理解 OSI 和 TCP/IP 模型的区别和联系 TCP/IP 介绍主机主机 Internet TCP/IP 早期的协议族全球范围 TCP/IP 协议栈 7 6 5 4 3 应用层表示层会话层传输层网络层应用层主机到主机层 Internet 层 2 1 数据链路层