第2讲协议软件接口概要优秀PPT.ppt

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1、第第2 2讲讲 协议软件接口协议软件接口WindowsWindows网络编程基础网络编程基础协议的软件接口套接字WinSock本讲内容1.1.协议的软件接口协议的软件接口1.TCP/IP协议软件接口的特点现象：TCP/IP标准没有规定应用软件与TCP/IP协议软件如何接口的细微环节，只建议了所需的功能集。操作系统操作系统应用程序应用程序TCP/IP实现实现？TCP/IP协议软件接口协议软件接口特点：不精确指明TCP/IP的设计者尽量避开运用任何一家厂商的内部数据表示。TCP/IP标准尽量避开让接口运用那些只在某一家厂商的操作系统中可用的特征目的：使得协议的兼容性强，可以运行在多厂商的环境之中。

2、目前的一些协议软件接口Berkeley UNIX：套接字接口（或socket）微软：Windows Socket（WinSock）AT&T UNIX(System V):传输层接口（Transport Layer Interface，TLI）1.TCP/IP协议软件接口的特点2.如何访问TCP/IP协议？两种基本方法：设计者独创一种新的系统调用，应用程序用它们来访问TCP/IP;列举出全部的概念性操作为每个操作指定一个名字和参数将每个操作实现为一个系统调用设计者运用一般的I/O调用访问TCP/IP扩充一般的I/O原语两种方法综合问题的引入Linux系统的I/O模型一般模式：打开读/写关闭步骤：

3、调用“打开”获得对文件或设备的运用权，并返回整型的文件描述符，此后运用它对该文件或设备进行I/O操作；多次调用“读/写”传输数据；全部传输操作完成后，用户调用“关闭”，通知操作系统已经完成了对某个对象的运用。Linux中供应的基本I/O功能操作 含义open为输入或输出操作准备一个设备或文件close终止使用以前已经打开的设备或文件read从输入设备或文件中获得数据，将数据放到应用程序的存储器中write将数据从应用程序的存储器传导输出设备或文件lseek转到文件或设备中的某个指定位置ioctl控制设备或用于访问该设备软件（如：指明缓存的大小或改变字符集的映射）Linux中对文件操作打开一个文

4、件读取一个文件关闭文件int desc;desc=open(“filename”,O_RDWR,0);read(desc,buffer,128);close(desc);TCP/IP的角色：相当于一种新的I/O操作，但比一般应用程序与传统的I/O操作的相互作用困难得多。网络应用程序要解决的问题：进行网络I/O操作的两个进程在不同机器上，如何建立它们之间的联系？网络协议有很多种，如何建立一种通用机制以支持多种协议?如何扩充一般的I/O原语？1.1.协议的软件接口协议的软件接口2.2.套接字套接字一个本地主机建立或拥有的应用程序一个本地主机建立或拥有的应用程序,在操作系在操作系统限制下的统限制下的

5、,与其它与其它(远程远程)应用进程之间发送和应用进程之间发送和接收数据的接口。接收数据的接口。socketsocket（套接字）（套接字）socket 是进行程序间通讯(IPC)的 BSD 方法。客户将插头插入一个服务器端口建立一个双向的连接管道客户端服务器插口(port)socket的抽象表示Berkeley套接字时间：20世纪80年头早期资助方：远景探讨规划局（Advanced Research Projects Agency，ARPA）探讨方：加利福尼亚高校伯克利分校产品：套接字接口（套接字API）方法：扩充已有的系统调用增加新的系统调用方法socket程序设计中的几个重要概念端口：为网

6、络通信进程设置一些抽象的访问点，供应了多路输出数据到指定应用程序的方法；端口数据管理：每一端口有一缓冲区来存放进入该端口的数据队列；OS供应机制，创建或唤醒相应进程来处理相应端口数据。半相关：三元组（协议，本地地址，本地端口号）唯一标识本地通信一方；全相关：五元组（协议，本地地址，本地端口号，远地地址，远地端口号），标识一个完整的网络通信。进行网络进行网络I/OI/O操作的两个进程在操作的两个进程在不同机器不同机器上，如何建上，如何建立它们之间的联系？立它们之间的联系？全相关在客户-服务器应用中的体现客户端：（主动一方）服务器的IP地址：知道向谁恳求服务 客户机的IP地址：让服务器知道把数据传

7、送给谁 服务器的端口号：知道服务器上原委是谁来供应服务 客户端的端口号：服务器知道最终把数据传送到哪 运用的传输层服务：要求牢靠的传输，还是不行靠的传输？服务器：（被动方，与客户端类似）解决方法套接字类型 流式套接字（SOCK_STREAM）:供应面对连接的、牢靠的字节流服务，用于TCP。数据报套接字(SOCK_DGRAM）:供应无连接的，不行靠的数据报服务，用于UDP。原始套接字（SOCK_RAW）:允许对较低层的协议，如IP、ICMP干脆访问。网络协议有很多种，如何建立一种通用机制以支持网络协议有很多种，如何建立一种通用机制以支持多种协议多种协议?将Linux中的 I/O用于TCP/IP扩

8、展文件描述符集（+网络通信所运用的描述符）扩展read和write这两个系统调用（+网络操作功能）其它考虑：指明地址（IP,PORT)指明通讯方式(TCP,UDP,IP)确定通讯角色(Client,Server)处理数据格式套接字描述符和文件描述符用于文件用于文件1的内部数据结构的内部数据结构用于文件用于文件0的内部数据结构的内部数据结构用于文件用于文件2的内部数据结构的内部数据结构用于文件用于文件3的内部数据结构的内部数据结构用于套接字用于套接字1的内部数据结构的内部数据结构套接字的抽象概念 文件描述符表文件描述符表（一个进程一张）（一个进程一张）0：1：2：3：4：5：针对套接字的系统数据

9、结构 文件描述符表文件描述符表（一个进程一张）（一个进程一张）0：1：2：3：4：5：用于文件的内部数据结构用于文件的内部数据结构Family：PF_INETService：SOCK_STREAMLocalIP：RemoteIP：Local Port：4000Remote Port：8000用于套接字的内部数据结构用于套接字的内部数据结构端点地址端点地址套接字的位置套接字的位置套套接接字字用户进程用户进程内核内核应用层细微应用层细微环节环节通信细微通信细微环节环节socket编程步骤 建立一个socket 配置socket 连接socket 通过socket发送数据 通过socket接收数据

10、关闭socket套接字通信套接字通信1.1.协议的软件接口协议的软件接口2.2.套接字套接字3.Winsock3.Winsock 1.1983年，加利弗尼亚高校Berkely学院推出了UNIX下的网络通信接口Socket。2.90年头初，Sun Microsystems、JSB Corporation、FTP software、Microdyne和微软等公司共同参与制定了Windows Socket规范，试图使Windows下的Sockets程序设计标准化。3.1992年制定Windows Socket规范1.0版，将Socket从UNIX移植到DOS和Windows下。4.1993年1月，制

11、定了Windows Socket 1.1版。5.1994年5月，WinSock小组启动WinSock2规范制定工作。6.1997年5月，WinSock2的正式规范版本2.2.1发布。l 发展历史6 Windows socket Windows Socket API是Windows的网络程序接口，它包括一个标准的Berkeley Socket功能函数集合，和为Windows所作的扩充。扩 充 的 功 能 都 冠 以 WSA（Windows Socket Asynchronous）的前缀，表明它们都允许异步的I/O操作，并且接受了符合Windows消息机制的网络事务异步选择机制。WinSock A

12、PI 开发组件 功能：供程序员开发Windows Socket应用程序 组成：a.介绍Windows Socket实现的文档 b.Windows Socket应用程序接口（API）导入库 c.一些头文件 其中WINSOCK.H：包括了WinSock实现所定义的宏、常数值、数据结构和函数调用接口原型；运行组件 WINSOCK.DLL：Windows应用程序接口的动态链接库（DLL），应用程序在执行时通过装入它实现网络通信功能。两组运行必需的组件：第一版：winsock.h winsock.dll winsock.lib其次版：winsock2.h ws2_32.dll ws2_32.lib1.W

13、inSock的组成 异步选择机制当运用它登记的网络事务发生时，Windows应用程序相应的窗口接收到一个消息，消息中指示了发生的网络事务，以及与事务相关的一些信息。异步恳求函数增加了异步恳求服务函数WSAAsyncGetXByY()；允许应用程序接受异步方式获得恳求信息，并在恳求的服务完成时给应用程序的窗口发送一个消息。堵塞处理方法当一个应用程序的套接字处于堵塞时，使其放弃CPU，让其它应用程序运行。2.对Berkeley Socket的扩充出错处理WSAGetLastError（）：获得最近错误号 WSASetLastError（）：设置最近错误号启动与终止在运用任何Windows Sock

14、ets API调用之前，必需先调 用 启 动 函 数 WSAStartup（）来 完 成 Windows Sockets DLL的初始化，协商版本支持，安排必要的资源。在应用程序完成了对Windows Sockets的运用之后，必 需 调 用 函 数 WSACleanup（）从 Windows Sockets实现中注销自己，并允许实现释放为其安排的任何资源。2.对Berkeley Socket的扩充 套接字函数 数据库函数 Windows扩充的专有函数Windows Socket 1.1库函数第一类：套接字函数 功能：完成套接字的创建、关闭以及对套接字的命名和名字获得。套接字函数其次类：网络连

15、接函数功能：完成网络连接的建立与关闭。套接字函数第三类：数据传输函数 功能：完成数据的发送与接收。套接字函数第四类：字节依次转换函数 功能：完成主机字节依次和网络字节依次之间的转换。套接字函数第五类：地址转换函数 功能：完成IP地址的点分十进制形式和二进制整数形式之间的转换。套接字函数第六类：套接字限制函数 功能：设置/获得套接字的选项；限制/检测套接字的工作状态。套接字函数获得一组套接字的状态，以实现异步获得一组套接字的状态，以实现异步I/O操作操作数据库函数第一类：启动与终止函数 Windows Socket专用的增设函数启动函数：WSAStartup（）函 数 定 义：int WSASt

16、artup(WORD wVersionRequested,LPWSADATA lpWSAData)输入参数：wVersionRequested：用 户 运 用 的Windows Socket最高版本，低字节为主版本，高字节为次版本。lpWSAData：存放了Windows Socket实现的细微环节。返回值：成功返回0；失败返回错误码。终止函数：WSACleanup（）函数定义：int WSACleanup(void)说明：必需在全部的套接字函数之前调用说明：必需在全部的套接字函数之前调用说明：必需在套接字操作完成后调用该函数说明：必需在套接字操作完成后调用该函数其次类：异步服务函数 Wind

17、ows Socket专用的增设函数第三类：基于消息机制的异步I/O函数 第四类：堵塞处理函数第四类：堵塞处理函数 Windows Socket专用的增设函数函数名功能WSAAsyncSelect()Berkeley套接字中的select在WinSock中的扩充，获得一组套接字的状态，以实现基于消息机制的异步I/O操作。第五类：错误处理函数 说明：说明：调试程序时特别有用；调试程序时特别有用；MSDNMSDN索引：索引：Win32 Error CodesWin32 Error Codes和和Net Error CodesNet Error Codes；例如：例如：10060 10060（WSAE

18、TIMEDOUTWSAETIMEDOUT）：连接超时）：连接超时 Windows Socket专用的增设函数说明：扩充了新的内容，同时与Windows Sockets 1.1向后兼容。编 写 应 用 程 序 时 须 要 包 含 头 文 件：“Winsock2.h.”在 32位 Windows下 应 包 含 WS2_32.lib，运 用WS2_32.DLL。Windows Socket 2 扩展 作业作业课后习题：课后习题：2.2.考虑一种供应消息传递的操作系统，阐考虑一种供应消息传递的操作系统，阐述如何扩展应用程序接口使其适用于网络述如何扩展应用程序接口使其适用于网络通信。通信。3.3.阐述程序、套接字、端口和协议之间的阐述程序、套接字、端口和协议之间的关系。关系。