第8章计算机网络应用程序设计.ppt

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1、第章计算机网络应用程序设计,8.1 套接口API的有关概念 8.2 基本Socket函数 8.3 基于TCP的socket程序设计 8.4 基于UDP的socket 程序设计 8.5 输入输出多路复用 8.6 并发服务器程序设计,8.1 套接口API的有关概念,8.1.1 网络应用编程接口 Berkeley套接口API WinSock 远程过程调用（RPC）,8.1.2 socket编程模型及类型 套接口可分如下5种类型：流式套接字、数据报套接字、原始套接字、SOCK_SEQPACKET及SOCK_RDM。 流式套接字定义了一种可靠的面向连接的服务，实现了无差错的数据传输。 数据报套接字定义了

2、一种无连接的服务，数据通过相互独立的报文进行传输，是无序的，并且不保证可靠。 原始套接字允许对低层协议如IP或ICMP直接访问，主要用于新的网络协议实现的测试等。,Internet的Socket编程模型,8.1.3 socket地址应用进程的标识 Internet上两台主机种的进程间要进行通信，必须能够互相识别。用于标识进程的信息有两个： 主机名或主机地址 主机内部标识进程的标识符 这两部分合在一起，成为套接口地址（计算机通信的基础构筑块 ）,8.1.4 通信进程的阻塞和非阻塞方式 对于运行状态中的进程来说，当某些条件不具备，如输入输出条件还没有准备好时，该进程可以有两种处理方式：阻塞与非阻塞

3、。 阻塞方式 在阻塞方式下，当输入输出条件还没有准备好时，就将进程转入阻塞状态，标记阻塞原因，并保留当前进程现场信息，然后将控制转入进程调度程序，等阻塞原因解除后，将进程状态由阻塞变成就绪等待处理机，或直接获得由调度程序再次分配的处理机，恢复阻塞的现场继续执行。 非阻塞方式 在非阻塞方式下，当输入输出条件还没有准备好时，进程仍处于运行状态，通过循环，反复进行某条件的查询。一般说来，阻塞机制可以防止进程在循环反复的查询等待中造成资源浪费。但是有时在应用中需要进程一直处于运行状态，不希望进程在对socket的操作中阻塞，这时就要使用非阻塞机制。,8.2 基本Socket函数,8.2.1 初始化套接

4、口服务绑定socket（） 1、功能： 在应用程序中使用插口API时，首先要创建一个插口-socket。为了说明什么是socket，可以打个比方：一个电话插座，既可以接电话机打电话，也可以接传真机发传真，还可以接计算机上网。接上什么设备，就是绑定了什么服务。创建一个插口，就是创建一个通信，需要指定提供什么服务，即为一个标识符绑定某个服务，并为之分配资源。这个标识就是该插口标识。 应用程序调用socket（）函数将创建一个插口。 2、原型,8.2.2 本地地址绑定bind() 1、功能 调用函数bind（），可以将本地地址与插口绑定在一起。调用成功时，返回0；否则，返回1，并设置全局变量errn

5、o为错误类型 2、原型,参数说明 sockfd是函数socket返回的插口描述字； myaddr是特定于协议的地址结构体的指针，指向本地插口地址； addrlen是插口地址结构体的长度。,8.2.3 建立套接口连接绑定远程服务器地址connect() 功能 函数connect()可以让客户机程序建立一个与TCP服务器的连接. 原型,参数： sockfd是函数socket返回的插口描述符； servaddr指定远程服务器的插口地址； addrlen是插口地址结构体的长度。,8.2.4 套接口被动转换listen() 函数listen()有两个功能。 （1）主动插口的被动转换 socket()创建

6、的插口都是主动插口，只可以用来（调用connect()）进行主动连接（发出请求），不能接收连接请求。listen()函数将未连接的主动插口转换为被动插口，即倾听插口（listening socket），告诉操作系统该插口可以接收连接请求。所以listen()也称为创建倾听插口函数。 （2）设置最大请求连接数 listen()用一个参数（backlog）指定完成队列的最大长度。如果一个客户机的SYN数据段到达时，倾听插口的完成队列已经满了，TCP则忽略这个SYN数据段。 listen()函数执行成功，返回0，服务器的TCP状态由CLOSED转变成LISTEN，成为被动模式；执行失败，返回1。 原

7、型,参数： sockfd为要转换的已绑定本地地址的插口描述符； backlog设置请求队列的最大长度，表示被动（倾听）插口能够接收的最大数目的未接收连接(相当于窗口通告)。,8.2.4 套接口被动转换listen(),创建TCP服务器倾听插口的过程 （1）首先调用socket()函数创建一个主动插口； （2）调用bind()函数进行插口地址绑定； （3）调用listen()函数进行转换。,8.2.5 从被动套接口的完成队列中接受一个连接请求accept() 功能 一个插口被创建、用bind绑定本地地址并转换成被动模式后，必须接收一个连接请求。一旦接收了连接，服务器就能使用该连接与客户机进行通信

8、。面向连接传输协议的服务器调用 accept从被动（倾听）插口的完成连接队列中接收下一个连接请求。如果该完成连接队列空，则使这个进程睡眠。 原型,参数： sockfd为服务器已经创建并绑定到指定插口地址的插口描述符； addr是指向一个Internet插口地址结构体的指针； addrlen是指向一个整型数的指针。,8.2.5 从被动套接口的完成队列中接受一个连接请求accept(),accept()工作过程 TCP使用侦听插口接收客户机的连接请求。如果调用accept()时，倾听插口的完成队列中有已经完成3次握手的TCP连接，accept()就从队列的首部读取第一个连接，并返回该连接的描述符。

9、如果调用accept()时，倾听插口的完成队列为空，进程将阻塞，等待出现新的完成3次握手的TCP连接送到完成队列；TCP协议为服务器创建一个新的连接插口来标识这条新的连接，accept()返回该新连接的描述符。,8.2.6 基本套接口I/O函数列表,8.2.7 关闭插口通道与撤消套接口 1、概述 建立一对插口的连接之后，就可以进行通信了。由于TCP连接是全双工的，对每一个套接口来说，都可以看作在使用读、写两个通道进行通信。于是，关闭一个插口通信可以有两种不同级别的方法。 （1）关闭插口通道，具体有三种方式： SHUT_RD关闭连接的读通道； SHUT_WR关闭连接的写通道； SHUT_RDWR

10、关闭连接的读写通道。 （2）撤消套接口（句柄），同时关闭了连接的读写通道。 这两种方式分别用两个不同的函数shutdown()和close()实现。 2. close()原型 函数close()用于撤消一个插口，终止其TCP连接，其原型为 #include in close (int sockfd) 3. shutdown()原型 #include int shutdown (int sockfd, int howto);,8.3 基于TCP的socket程序设计,8.3.1 TCP有限状态机 1、TCP有限状态机的概念 在网络通信中，一个健壮的插口应用程序必须能够处理通信过程中可能出现的各种

11、状态。对于TCP来说，不同的状态将决定传输实体对一些事件的响应。描述TCP在响应各种事件时，各个宏观状态之间相互作用的规则称为TCP有限状态机（或称TCP状态转换图），它由图所示的11种状态组成。,TCP的有限状态机,2、状态转换分析 （1） 客户进程发起连接的状态转换过程 一个主机的客户进程要发起连接，其TCP实体就发一个SYN置1的分组 由CLOSED状态进入SYN_SENT状态。 收到来自进程的SYN和ACK，TCP就发出三次握手中的最后一个ACK 进入ESTABLISHED状态。这时就可以收发数据了。 （2） 客户进程发起断连请求（主动关闭）的状态转换过程 客户进程要发起断连，其TCP

12、实体就发一个SYN置1的分组，等待确认ACK的到达 由ESTABLISHED状态变为FIN_WAIT_1状态。 运行客户进程的主机收到确认ACK，一个方向的连接关闭 进入FIN_WAIT_2状态。 运行客户进程的主机收到运行服务器的主机发送的FIN置1的分组后，应响应确认ACK。 收到确认ACK，连接不是立即进入到关闭CLOSED，而是先进入TIME_WAIT状态。 TCP在TIME_WAIT状态等待2MSL（MSL表示分组在网络中的寿命），才删除原来建立的连接记录 返回CLOSED状态。,8.3.2 TCP的C/S模型时序图 面向连接的C/S模型的典型时序图说明：服务器必须首先启动，直到它执

13、行accept（）调用，进入等待状态，方可接收客户机请求。否则，客户机的connect()调用将返回出错代码，连接宣告失败。,面向连接的C/S模型的典型时序图,面向连接服务器处理的请求C/S模型工作过程： 服务进程首先调用socket( )创建一个字节流套接字，并调用bind( )将服务器地址捆扎在该套接字上，接着调用listen( )监听连接请求，随后调用accept( )做好与客户进程建立连接的准备，无连接请求时，服务进程被阻塞。当连接请求到来后，服务器进程被唤醒，建立一个新的Socket，并用新套接字同客户进程的套接字建立连接，而服务进程最早生成的套接字则继续用于监听网络上的服务请求。

14、客户进程调用socket( )创建字节流套接字，然后调用connect( )向服务进程发出连接请求。 服务进程和客户进程通过调用read( )/recv( )和Write( )/send( )交换数据。,8.4 基于UDP的socket 程序设计,8.4.1 UDP编程模式 UDP提供不保证顺序的用户数据报传输服务。在比较简单的应用中，客户机常常只用单个UDP报文来发送请求，服务器也用单个报文回送应答。这种情况下，UDP服务器和客户机间的交互程序采用循环结构是非常有利的。图表明了这种处理结构。,图 采用循环结构的UDP服务器与客户机间的交互,8.5 输入输出多路复用,输入输出多路复用基本工作原理： 输入输出多路复用是一种特殊的阻塞式输入输出模式，其特点：用select()调用指示内核监视多路流事件，当一个或多个事件发生或经过某个指定时间后，就唤醒进程，就绪的套接口描述符可以进行相应的输入输出操作。,8.6 并发服务器程序设计,多进程并发服务器的基本工作原理： 在多进程模式下，使用多个进程来处理不同客户的请求。一开始，只运行一个服务进程，用来侦听是否有客户的连接到来。每当该服务进程接收接收到一个连接请求时，就调用fork()函数生产一个子进程，让该子进程处理到来的请求，父进程继续侦听还有无其他客户的连接请求。,谢谢 大家,