TCP(IP)协议与网络编程.ppt
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1、12/20/20212/20/2022 2TCP/IP协议与网络编程Version1.02010年年6月月12/20/2022Overviewn课程介绍n计算机网络简介nOSI七层参考模型nTCP/IP模型nSOCKET介绍n基于TCP的SOCKET编程n基于UDP的SOCKET编程n参考资料12/20/20222n课程目标n预备知识n目标听众n日程表n词汇表课程介绍课程介绍12/20/20223n了解计算机网络的构成n了解OSI七层网络模型n了解TCP/IP网络模型n理解SOCKETn能使用SOCKET进行网络编程课程目标课程目标12/20/20224nC+语言基础n对计算机网络以及网络编程
2、有一定了解预备知识预备知识12/20/20225n程序员目标听众目标听众12/20/20226n共计:0.5天n详细安排课程介绍课程介绍 计算机网络简介计算机网络简介OSI七层网络模型介绍七层网络模型介绍TCP/IP网络模型介绍网络模型介绍SOCKET介绍介绍TCP编程编程UDP编程编程Total:hours日程表日程表12/20/20227nOSI-OpenSystemInterconnectionnTCP/IP-TransmissionControlProtocol/InternetProtocolnSOCKET-套接字词汇表词汇表12/20/20228Overviewn课程介绍n计算机网
3、络简介nOSI七层参考模型nTCP/IP模型nSOCKET介绍n基于TCP的SOCKET编程n基于UDP的SOCKET编程n参考资料12/20/20229n计算机网络是指将有独立功能的多台计算机,通过通信设备线路连接起来,在网络软件的支持下,实现彼此之间资源共享和数据通信的整个系统。什么是计算机网络?什么是计算机网络?12/20/202210n计算机网络的基本功能是数据通信和资源共享。计算机网络的基本功能计算机网络的基本功能12/20/202211n按照覆盖范围可分为:l局域网l城域网l广域网n按照介质课分为:l有线网络l无线网络l微波网络n问题:校园网属于什么网络?计算机网络的分类计算机网络
4、的分类12/20/202212AB网络网络192.168.0.118192.168.0.10协议协议协议协议端端口口号号端端口口号号计算机网络如何进行通信计算机网络如何进行通信12/20/202213nIP网络中每台主机都必须有一个惟一的IP地址;nIP地址是一个逻辑地址;n因特网上的IP地址具有全球唯一性;n32位,4个字节,常用点分十进制的格式表示,例如:192.168.0.16IP地址地址12/20/202214n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)n不同层具有各自不同的协议。协议协议12/20/202215n多种通信媒介有线、无线n不同种类的设
5、备通用、专用n不同的操作系统Unix、Windowsn不同的应用环境固定、移动n不同业务种类分时、交互、实时n用户业务的延续性不允许出现大的跌宕起伏。他们相互交织,构成了非常复杂的网络环境网络异质性网络异质性12/20/202216n网络体系结构解决异质性问题采用的是分层方法把复杂的网络互联问题划分为若干个较小的、单一的问题,在不同层上予以解决。网络异质性的解决网络异质性的解决12/20/202217Overviewn课程介绍n计算机网络简介nOSI七层参考模型nTCP/IP模型nSOCKET介绍n基于TCP的SOCKET编程n基于UDP的SOCKET编程n参考资料12/20/202218nO
6、SI(OpenSystemInterconnection)参考模型将网络的不同功能划分为7层。OSI七层参考模型七层参考模型应用层表示层物理层会话层传输层网络层数据链路层处理网络应用数据表示主机间通信端到端的连接寻址和最短路径介质访问(接入)二进制传输12/20/202219n通信实体的对等层之间不允许直接通信。n各层之间是严格单向依赖。n上层使用下层提供的服务Serviceuser;n下层向上层提供服务Serviceprovider。OSI七层参考模型七层参考模型12/20/202220网络对等通信示例网络对等通信示例我们是朋友我们是朋友We are friendWe are friend传
7、真传真中国人中国人翻译翻译秘书秘书私友私友 We are friendWe are friend传真传真日本人日本人翻译翻译秘书秘书对交谈内容的共识对交谈内容的共识用英语对话用英语对话使用传真通信使用传真通信物理通信线路物理通信线路12/20/202221n对等层实体之间虚拟通信。n下层向上层提供服务,实际通信在最底层完成。网络对等通信的实质网络对等通信的实质12/20/202222n应用层:l远程登录协议Telnetl文件传输协议FTPl超文本传输协议HTTPl域名服务DNSl简单邮件传输协议SMTPl邮局协议POP3OSI各层使用协议简介各层使用协议简介12/20/202223n传输层:l
8、传输控制协议TCP:面向连接的可靠的传输协议l用户数据报协议UDP:是无连接的,不可靠的传输协议OSI各层使用协议简介各层使用协议简介12/20/202224n网络层:l网际协议IPlInternet互联网控制报文协议ICMPlInternet组管理协议IGMPOSI各层使用协议简介各层使用协议简介12/20/202225n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。n封装就是在数据前面加上特定的协议头部。数据封装数据封装数据数据数据数据协议头协议头12/20/202226nOSI参考模型中,对等层协议之间交换的信息单元统称为协议数据单元(PDU,Protocol
9、DataUnit)。nOSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。n为了提供服务,下层把上层的PDU作为本层的数据封装,然后加入本层的头部(和尾部)。头部中含有完成数据传输所需的控制信息。数据封装数据封装12/20/202227n数据自上而下递交的过程实际上就是不断封装的过程。到达目的地后自下而上递交的过程就是不断拆封的过程。由此可知,在物理线路上传输的数据,其外面实际上被包封了多层“信封”。n某一层只能识别由对等层封装的“信封”,而对于被封装在“信封”内部的数据仅仅是拆封后将其提交给上层,本层不作任何处理。数据封装数据封装12/20/202228Overviewn课程介绍n计算机网络简介
10、nOSI七层参考模型nTCP/IP模型nSOCKET介绍n基于TCP的SOCKET编程n基于UDP的SOCKET编程n参考资料12/20/202229nTCP/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。n现在TCP/IP已成为Internet上通信的工业标准。TCP/IP模型模型12/20/202230nTCP/IP模型包括4个层次:l应用层l传输层l网络层l网络接口TCP/IP模型的分层模型的分层12/20/202231TCP/IP与与OSI的对应关系的对应关系应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层
11、网络层7 76 65 54 43 32 21 1OSI参考模型参考模型应用层应用层传输层传输层网络接口网络接口网络层网络层TCP/IP模型模型12/20/202232n按照OSI七层模型的描述,传输层提供进程(应用程序)通信的能力。为了标识通信实体中进行通信的进程(应用程序),TCP/IP协议提出了协议端口(protocolport,简称端口)的概念。n端口是一种抽象的软件结构。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。端口端口12/20/202233n端口用一个整数型标识符来表示,即端口号。
12、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。n端口使用一个16位的数字来表示,它的范围是065535,1024以下的端口号保留给预定义的服务。例如:http使用80端口。端口端口12/20/202234Overviewn课程介绍n计算机网络简介nOSI七层参考模型nTCP/IP模型nSOCKET介绍n基于TCP的SOCKET编程n基于UDP的SOCKET编程n参考资料12/20/202235n我们开发网络应用程序是否需要我们手工的去封装我们需要传输的数据?如何开发网络应用程序如何开发网络应用程序12/20/202236n为了
13、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。SOCKET-套接字的引入套接字的引入12/20/202237n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,成为开发网络应用程序的非常有效快捷的工具。SOCKET-套接字的引入套接字的引入12/20/202238n套接字存在于通信区域中。通信区域也叫地址族,它是一个抽象的概念,主要用于将通过套接字通信的进程的共有特性综合
14、在一起。套接字通常只与同一区域的套接字交换数据(也有可能跨区域通信,但这只在执行了某种转换进程后才能实现)。WindowsSockets只支持一个通信区域:网际域(AF_INET),这个域被使用网际协议簇通信的进程使用。SOCKET-套接字的引入套接字的引入12/20/202239n在TCP/IP网络应用中,通信的两个进程间相互作用的主要模式是客户机/服务器模式(client/server),即客户向服务器提出请求,服务器接收到请求后,提供相应的服务。客户机客户机/服务器模式服务器模式12/20/202240n客户机/服务器模式的建立基于以下两点:l首先,建立网络的起因是网络中软硬件资源、运算
15、能力和信息不均等,需要共享,从而造就拥有众多资源的主机提供服务,资源较少的客户请求服务这一非对等作用。l其次,网间进程通信完全是异步的,相互通信的进程间既不存在父子关系,又不共享内存缓冲区,因此需要一种机制为希望通信的进程间建立联系,为二者的数据交换提供同步,这就是基于客户机/服务器模式的TCP/IP。客户机客户机/服务器模式服务器模式12/20/202241n客户机/服务器模式在操作过程中采取的是主动请求的方式。n服务器端:l首先服务器方要先启动,并根据请求提供相应的服务:l打开一个通信通道并告知本地主机,它愿意在某一地址和端口上接收客户请求。l等待客户请求到达该端口。l接收到重复服务请求,
16、处理该请求并发送应答信号。接收到并发服务请求,要激活一个新的进程(或线程)来处理这个客户请求。新进程(或线程)处理此客户请求,并不需要对其它请求作出应答。服务完成后,关闭此新进程与客户的通信链路,并终止。l返回第二步,等待另一客户请求。l关闭服务器。客户机客户机/服务器模式服务器模式12/20/202242n客户方:客户方:l打开一个通信通道,并连接到服务器所在主机的特定端口。l向服务器发服务请求报文,等待并接收应答;继续提出请求。l请求结束后关闭通信通道并终止。客户机客户机/服务器模式服务器模式12/20/202243nWindowsSockets是MicrosoftWindows的网络程序
17、设计接口,它是从BerkeleySockets扩展而来的,以动态链接库的形式提供给我们使用。WindowsSockets在继承了BerkeleySockets主要特征的基础上,又对它进行了重要扩充。这些扩充主要是提供了一些异步函数,并增加了符合Windows消息驱动特性的网络事件异步选择机制。Windows Socket的实现的实现12/20/202244nWindowsSockets1.1和BerkeleySockets都是基于TCP/IP协议的;WindowsSockets2从WindowsSockets1.1发展而来,与协议无关并向下兼容,可以使用任何底层传输协议提供的通信能力,来为上层
18、应用程序完成网络数据通讯,而不关心底层网络链路的通讯情况,真正实现了底层网络通讯对应用程序的透明。Windows Socket的实现的实现12/20/202245n流式套接字(SOCK_STREAM)提供面向连接、可靠的数据传输服务,数据无差错、无重复的发送,且按发送顺序接收。n数据报式套接字(SOCK_DGRAM)提供无连接服务。数据包以独立包形式发送,不提供无错保证,数据可能丢失或重复,并且接收顺序混乱。n原始套接字(SOCK_RAW)。Socket类型类型12/20/202246Overviewn课程介绍n计算机网络简介nOSI七层参考模型nTCP/IP模型nSOCKET介绍n基于TCP
19、的SOCKET编程n基于UDP的SOCKET编程n参考资料12/20/202247基于基于TCP的的SOCKET编程编程服务器端程序:服务器端程序:1、创建套接字(socket)。2、将套接字绑定到一个本地地址和端口上(bind)。3、将套接字设为监听模式,准备接收客户请求(listen)。4、等待客户请求到来;当请求到来后,接受连接请求,返回一个新的对应于此次连接的套接字(accept)。5、用返回的套接字和客户端进行通信(send/recv)。6、返回,等待另一客户请求。7、关闭套接字。客户端程序:客户端程序:1、创建套接字(socket)。2、向服务器发出连接请求(connect)。3、
20、和服务器端进行通信(send/recv)。4、关闭套接字。12/20/202248n初始化SOCKETintWSAStartup(WORDwVersionRequested,LPWSADATAlpWSAData);参数说明参数说明:lwVersionRequested参数用于指定准备加载的Winsock库的版本。高位字节指定所需要的Winsock库的副版本,而低位字节则是主版本。可用MAKEWORD(x,y)(其中,x是高位字节,y是低位字节)方便地获得wVersionRequested的正确值。llpWSAData参数是指向WSADATA结构的指针,WSAStartup用其加载的库版本有关的
21、信息填在这个结构中。相关函数说明相关函数说明12/20/202249nWSADATA结构定义如下:typedefstructWSADataWORDwVersion;WORDwHighVersion;charszDescriptionWSADESCRIPTION_LEN+1;charszSystemStatusWSASYS_STATUS_LEN+1;unsignedshortiMaxSockets;unsignedshortiMaxUdpDg;charFAR*lpVendorInfo;WSADATA,*LPWSADATA;相关函数说明相关函数说明12/20/202250nWSADATA各个字段说
22、明:lWSAStartup把第一个字段wVersion设成打算使用的Winsock版本。lwHighVersion参数容纳的是现有的Winsock库的最高版本。记住,这两个字段中,高位字节代表的是Winsock副版本,而低位字节代表的则是Winsock主版本。lszDescription和szSystemStatus这两个字段由特定的Winsock实施方案设定,事实上没有用。相关函数说明相关函数说明12/20/202251l不要使用下面这两个字段:iMaxSockets和iMaxUdpDg,它们是假定同时最多可打开多少套接字和数据报的最大长度。然而,要知道数据报的最大长度应该通过WSAEnum
23、Protocols来查询协议信息。同时最多可打开套接字的数目不是固定的,很大程度上和可用物理内存的多少有关。l最后,lpVendorInfo字段是为Winsock实施方案有关的指定厂商信息预留的。任何一个Win32平台上都没有使用这个字段。相关函数说明相关函数说明12/20/202252如果WinSock.dll或底层网络子系统没有被正确初始化或没有被找到,WSAStartup将返回WSASYSNOTREADY。此外这个函数允许你的应用程序协商使用某种版本的WinSock规范,如果请求的版本等于或高于DLL所支持的最低版本,WSAData的wVersion成员中将包含你的应用程序应该使用的版本
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- 关 键 词:
- TCP IP 协议 网络 编程
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