由于相对独立的网络产品难以实现互联,国际标准化组织ISO于1984年颁布了一个"开放系统互联基本参考模型“的国际标准ISO 7498,简称OSI/RM,即著名的OSI七层模型。
OSI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,Protocl Data Unit)。OSI参考模型中每一层都要依靠下一层提供的服务。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(有的层还要加入尾部,例如数据链路层)。头部的数据中含有完成数据传输所需的控制信息。我们在寄信时,要把信件放到信封中,当收信人收到这封信时,他要打开信封,取出信件。这种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,其外面实际上被封装了多层“信封”。但是,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。
在诸多的网络互联协议中,TCP/IP 协议使用最为普通,也成为了事实上的网络工业标准。网际协议 IP和TCP是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。
其中,从网络上下载文件时使用的是FTP协议,上网浏览网页时使用的是HTTP协议。DNS也是一种应用比较广泛的协议,我们在访问网络上一台主机时,通常不是直接输入对方的IP地址,而是输入这台主机的一个域名,例如访问新浪网时,通常会输入:www.sina.com.cn,这就是新浪网的域名,通过DNS服务就可以将这个域名解析为它所对应的IP地址,通过IP地址就可以访问新浪网的主机了;通过FoxMai丨发送电子邮件时,就会使用SMTP协议;利用FoxMail从邮件服务器(例如263)上收取电子邮件时,就会使用POP3协议。
TCP:面向连接的可靠的传输协议。利用TCP协议进行通信时,首先要通过三步握手,以建立通信双方的连接。一旦连接建立好,就可以进行通信了。TCP提供了数据确认和数据重传的机制,保证了发送的数据一定能到达通信的对方。这就与打电话一样,首先要拨打对方的电话号码以建立连接,一旦电话拨通,连接建立之后,你所说的每一句话都能够传送到通话的另一方。
UDP:是无连接的、不可靠的传输协议。采用UDP进行通信时,不需要建立连接,可以直接向一个IF地址发送数据,但是对方能否收到,就不敢保证了。我们知道在网络上传输的是电信号,既然是电信号,在传输过程中就会有衰减,因此数据有可能在网络上就消失了,也有可能我们所指定的1P地址还没有分配,或者该IP地址所对应的主机还没有运行,这些情况都有可能导致发送的数据接收不到。这就好像寄信的过程,我们所寄的信件有可能在运输的途中丢失,也有可能收信人搬家了,这都会导致信件的丢失。但另一方面,我们在寄信时不需要和对方认识,也就是说,不需要建立连接。例如,我给某个国家的领导人写了封信,想谈谈两国的关系,这封信能够寄出,但是能否到达就不好说了。既然UDP协议有这么多缺点,那么为什么还要使用它呢?这主要是因为UDP协议不需要建立连接,而且没有数据确认和重传机制,所以实时性较高。因此,在一些实时性要求较高的场合,例如视频会议,就可以釆用UDP协议来实现。因为对于这类应用来说,丢失少量数据并不会影响视频的观看。但对于数据完整性要求较高的场合,就应采用TCP协议。
IP网络层提供IP寻址和路由。因为在网络上数据可以经由多条线路到达目的地,网络层负责找出最佳的传输线路。
IP地址与数据包:
IP层就是把数据分组从一个主机跨越千山万水搬运到另外一主机, 并且这搬运服务一点都不可靠, 丢包、重复、失序可以说是家常便饭。如果失败是否需要重传?如果需要,那就使用TCP协议实现可靠的、面向连接的传输连接,如果不需要,那就使用UDP协议使用不可靠的、不面向连接的传输连接。
所以不同的网络应用程序可以用TCP实现,也可以用UDP实现,只是可靠性和实时性不一样。
在TCP或UDP协议上编程是比较复杂的。例如TCP协议, 我们不能要求每个程序员都去实现建立连接的3次握手(确认客户端、服务端的发信、收信能力),分组交换、失败重传(中间节点的路由可以是随机的,允许失序、重复、丢失,可靠的传输完全由两端点来实现,失败后重传即可,而顺序可以由数据包的序号来确定), 这些应该是属于操作系统内核的部分, 没必要重复开发, 但是对于应用程序来讲, 操作系统可以抽象出一个socket概念, 让上层应用去编程。
所以,Socket是应用层与TCP/IP协议族通信的中间软件抽象层,它是一组接口。在设计模式中,Socket其实就是一个门面模式,它把复杂的TCP/IP协议族隐藏在Socket接口后面,对用户来说,一组简单的接口就是全部,让Socket去组织数据,以符合指定的协议。
Socket是连接应用程序与网络驱动程序的桥梁,Socket在应用程序中创建,通过bind与驱动程序建立关系。此后,应用程序送给Socket的数据,由Socket交给驱动程序向网络上发送出去。计算机从网络上收到与该Socket绑定的IP Port相关的数据后,由驱动程序交给Socket,应用程序便可从该Socket中提取接收到的数据。网络应用程序就是这样通过socket进行数据的发送与接收的。
基于TCP(面向连接)的socket编程的服务器端程序流程如下:
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;当清求到来后,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())返回,等待另一客户请求。
6 关闭套接字。
基于TCP(面向连接)的socket编程的客户端程序流程如下:
1 创建套接字(socket())。
2 向服务器发出连接请求(connect())。
3 和服务器端进行通信(send/recv())。
4 关闭套接字。
代码:
//tcp server #include <Winsock2.h> #include <stdio.h> #pragma comment(lib,"ws2_32.lib") void main(){ WORD wVersionRequested; // 指定准备加载的Winsock库版本 WSADATA wsaData; // Winsock库版本信息的结构体 wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1); int err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); // 加载套接字库 if ( err != 0 ) { return;} if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); // 释放为该应用程序分配的资源,终止对WinSock动态库的使用 return; } SOCKET sockSrv=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // 创建套接字AF_INET表示TCP/IP协议 // SOCK_STREAM表示TCP连接,SOCK_DGRAM表示UDP连接 // 第三个参数为零表示自动选择协议 SOCKADDR_IN addrSrv; // 定义一个地址结构体的变量 addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=htonl(INADDR_ANY); addrSrv.sin_family=AF_INET; addrSrv.sin_port=htons(6000); //htons把一个u_short类型从主机字节序转换为网络字节序 bind(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR)); //将套接字绑定到本地的某个地址和端口上 listen(sockSrv,5); //将指定的套接字设定为监听模式 SOCKADDR_IN addrClient; int len=sizeof(SOCKADDR); while(1) { SOCKET sockConn=accept(sockSrv,(SOCKADDR*)&addrClient,&len); //接受客户端发送的连接请求 char sendBuf[100]; sprintf(sendBuf,"Welcome %s to here",inet_ntoa(addrClient.sin_addr)); send(sockConn,sendBuf,strlen(sendBuf) 1,0); //通过一个已建立连接的套接字发送数据 char recvBuf[100]; recv(sockConn,recvBuf,100,0); / /从一个已建立连接的套接字接收数据 printf("%s\n",recvBuf); closesocket(sockConn); } } //添加ws2_32.lib:工程→设置→连接,添加该库(前面要有空格)或 //#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
//Tcp client
#include <Winsock2.h> #include <stdio.h> #pragma comment(lib,"ws2_32.lib") void main(){ WORD wVersionRequested; // 指定准备加载的Winsock库版本 WSADATA wsaData; // Winsock库版本信息的结构体 wVersionRequested = MAKEWORD( 1, 1); int err = WSAStartup( wVersionRequested, &wsaData ); // 加载套接字库 if ( err != 0 ) { return;} if ( LOBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 || HIBYTE( wsaData.wVersion ) != 1 ) { WSACleanup( ); // 释放为该应用程序分配的资源,终止对WinSock动态库的使用 return; } SOCKET sockClient=socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0); // 创建套接字。AF_INET表示TCP/IP协议 // SOCK_STREAM表示TCP连接,SOCK_DGRAM表示UDP连接 //第三个参数为零表示自动选择协议 SOCKADDR_IN addrSrv; //定义一个地址结构体的变量 addrSrv.sin_addr.S_un.S_addr=inet_addr("127.0.0.1"); addrSrv.sin_family = AF_INET; addrSrv.sin_port = htons(6000); connect(sockClient,(SOCKADDR*)&addrSrv,sizeof(SOCKADDR)); //向服务器发出连接请求 char recvBuf[1000]; recv(sockClient,recvBuf,100,0); //接收数据 printf("%s\n",recvBuf); send(sockClient,"Hello!",strlen("Hello!") 1,0); //发送数据 closesocket(sockClient); //关闭套接字 WSACleanup(); system("pause"); } //添加ws2_32.lib:工程→设置→连接,添加该库(前面要有空格)或 //#pragma comment(lib,"ws2_32.lib")
-End-
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