【正文】 網(wǎng)絡(luò)通訊相關(guān)的 C語(yǔ)言應(yīng)用 課程目標(biāo) ? TCP/IP協(xié)議的基礎(chǔ)知識(shí) ? 套接字的基本知識(shí) ? 套接字相關(guān)的 API及應(yīng)用 本章內(nèi)容 ? TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介 ? 套接字的基本知識(shí) ? 套接字相關(guān)的 API及應(yīng)用 ? 套接字高級(jí)編程 ? 本章小結(jié) TCP/IP協(xié)議簡(jiǎn)介 ? TCP/IP的分層模型 ? TCP/IP分層模型的特點(diǎn) ? TCP/IP核心協(xié)議 TCP/IP的分層模型 ? OSI協(xié)議參考模型，它是以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ ISO）的一份提案為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，它分為 7個(gè)層次：應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層及物理層。 應(yīng) 用 層物 理 層數(shù) 據(jù) 鏈 路 層網(wǎng) 絡(luò) 層傳 輸 層會(huì) 話 層表 示 層O S I 參 考 模 型應(yīng) 用 層網(wǎng) 絡(luò) 層傳 輸 層網(wǎng) 絡(luò) 接 口 層T C P / I P 參 考 模 型 與此相區(qū)別的TCP/IP協(xié)議模型將 OSI的 7層協(xié)議模型簡(jiǎn)化為 4層，從而更有利于實(shí)現(xiàn)和使用。 TCP/IP的分層模型 ? TCP/IP協(xié)議是一個(gè)復(fù)制的協(xié)議，是由一組專業(yè)化協(xié)議組成的。 ? 這些協(xié)議包括 IP、 TCP、 UDP、 ARP、 ICMP以及其他一些被稱為子協(xié)議的協(xié)議。 ? TCP/IP協(xié)議的前身是由美國(guó)國(guó)防部在 20世紀(jì) 60年代末期為其遠(yuǎn)景研究規(guī)劃署網(wǎng)絡(luò)（ ARPA）而開(kāi)發(fā)的。 ? 由于低成本以及在多個(gè)不同平臺(tái)通信的可靠性，TCP/IP迅速發(fā)展并開(kāi)始流行。它實(shí)際上是一個(gè)關(guān)于因特網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)，迅速成為局域網(wǎng)的首選協(xié)議。 TCP/IP的分層模型 ? 網(wǎng)絡(luò)接口層（ Network Interface Layer） ? 網(wǎng)絡(luò)接口層是 TCP/IP協(xié)議軟件的最底層，負(fù)責(zé)接收 IP數(shù)據(jù)報(bào)并把數(shù)據(jù)報(bào)通過(guò)選定的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。網(wǎng)絡(luò)接口層包括一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，也可能包括一個(gè)復(fù)雜的子系統(tǒng)，使用自己的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議。 TCP/IP的分層模型 ? 網(wǎng)絡(luò)層（ Inter Layer） ? 互聯(lián)網(wǎng)層負(fù)責(zé)處理主機(jī)之間的通信問(wèn)題。當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)層接收到傳輸層的請(qǐng)求后，傳輸某個(gè)具有目的地址信息的分組。該層把分組封裝在IP數(shù)據(jù)報(bào)中，填入數(shù)據(jù)報(bào)的首部，使用選路算法來(lái)確定是直接交付數(shù)據(jù)報(bào)，還是把它傳遞給路由器，然后把數(shù)據(jù)報(bào)交給適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行傳輸。 ? 互聯(lián)網(wǎng)層還要負(fù)責(zé)處理傳入的數(shù)據(jù)報(bào)，檢驗(yàn)其有效性，使用選路算法來(lái)決定應(yīng)該對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行本地處理還是應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)。 ? 如果數(shù)據(jù)報(bào)的目的機(jī)處于本機(jī)所在的網(wǎng)絡(luò)，該層軟件就會(huì)除去數(shù)據(jù)報(bào)的首部，再選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸層協(xié)議來(lái)處理這個(gè)分組。最后，互聯(lián)網(wǎng)層還要根據(jù)需要發(fā)出和接收 ICMP（ Inter控制報(bào)文協(xié)議）差錯(cuò)和控制報(bào)文。 TCP/IP的分層模型 ? 傳輸層（ Transport Layer） ? 傳輸層負(fù)責(zé)提供應(yīng)用程序之間的通信服務(wù)。這種通信又稱為端到端通信。 ? 傳輸層要系統(tǒng)地管理信息的流動(dòng)，還要提供可靠的傳輸服務(wù)，以確保數(shù)據(jù)到達(dá)無(wú)差錯(cuò)、無(wú)亂序。 ? 為了達(dá)到這個(gè)目的，傳輸層協(xié)議軟件要進(jìn)行協(xié)商，讓接收方回送確認(rèn)信息及讓發(fā)送方重發(fā)丟失的分組。 ? 傳輸層協(xié)議軟件把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流劃分為分組，把每個(gè)分組連同目的地址交給互聯(lián)網(wǎng)層去發(fā)送。 TCP/IP的分層模型 ? 應(yīng)用層（ Application Layer） ? 應(yīng)用層是分層模型的最高層。 ? 在這一層中，用戶所調(diào)用的應(yīng)用程序通過(guò) TCP/IP來(lái)訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)提供的服務(wù)。 ? 與各個(gè)傳輸層協(xié)議交互的應(yīng)用程序負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。每個(gè)應(yīng)用程序選擇適當(dāng)?shù)膫鬏敺?wù)類(lèi)型。 ? 應(yīng)用程序把數(shù)據(jù)按照傳輸層的格式要求組織好，然后向下層傳輸。 TCP/IP分層模型的特點(diǎn) ? TCP/IP模型邊界特性 ? TCP/IP分層模型中有兩大邊界特性：一個(gè)是地址邊界特性，它將 IP邏輯地址與底層網(wǎng)絡(luò)的硬件地址分開(kāi)；一個(gè)是操作系統(tǒng)邊界特性，它將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與協(xié)議軟件分開(kāi)，如圖 。 TCP/IP分層模型的特點(diǎn) ? TCP/IP模型邊界特性 ? TCP/IP分層模型邊界特性是指在模型中存在一個(gè)地址上的邊界，它將底層網(wǎng)絡(luò)的物理地址與互聯(lián)網(wǎng)層的 IP地址分開(kāi)。該邊界出現(xiàn)在互聯(lián)網(wǎng)層與網(wǎng)絡(luò)接口層之間。 ? 互聯(lián)網(wǎng)層和其上的各層均使用 IP地址，網(wǎng)絡(luò)接口層則使用物理地址，即底層網(wǎng)絡(luò)的硬件地址。 TCP/IP提供在兩種地址之間進(jìn)行映射的功能。劃分地址邊界的目的是為了屏蔽底層物理網(wǎng)絡(luò)的地址細(xì)節(jié)，以便使互聯(lián)網(wǎng)軟件地址上易于實(shí)現(xiàn)和理解。 TCP/IP分層模型的特點(diǎn) ? IP層特性 ? IP層作為通信子網(wǎng)的最高層，提供無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)傳輸機(jī)制，但 IP協(xié)議并不能保證 IP報(bào)文傳遞的可靠性， IP的機(jī)制是點(diǎn)到點(diǎn)的。用 IP進(jìn)行通信的主機(jī)或路由器位于同一物理網(wǎng)絡(luò)，對(duì)等機(jī)器之間擁有直接的物理連接。 ? TCP/IP設(shè)計(jì)原則之一是為包容各種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，包容性主要體現(xiàn)在 IP層中。各種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在幀或報(bào)文格式、地址格式等方面差別很大， TCP/IP的重要思想之一就是通過(guò) IP將各種底層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)統(tǒng)一起來(lái)，達(dá)到屏蔽底層細(xì)節(jié)，提供統(tǒng)一虛擬網(wǎng)的目的。 ? IP向上層提供統(tǒng)一的 IP報(bào)文，使得各種網(wǎng)絡(luò)幀或報(bào)文格式的差異性對(duì)高層協(xié)議不復(fù)存在。 IP層是 TCP/IP實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)互聯(lián)最關(guān)鍵的一層。 TCP/IP分層模型的特點(diǎn) ? TCP/IP的可靠性特性 ? 在 TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中， IP采用無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)機(jī)制，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 “ 盡力而為 ” 的傳遞機(jī)制，即只管將報(bào)文盡力傳送到目的主機(jī)，無(wú)論傳輸正確與否，不做驗(yàn)證，不發(fā)確認(rèn)，也不保證報(bào)文的順序。 ? TCP/IP的可靠性體現(xiàn)在傳輸層協(xié)議之一的 TCP協(xié)議。 ? TCP協(xié)議提供面向連接的服務(wù)，因?yàn)閭鬏攲邮嵌说蕉说模?TCP/IP的可靠性被稱為端到端可靠性。 TCP/IP分層模型的特點(diǎn) ? TCP/IP的特點(diǎn)就是將不同的底層物理網(wǎng)絡(luò)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隱藏起來(lái)，向用戶和應(yīng)用程序提供通用、統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這樣，從用戶的角度看，整個(gè)TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)就是一個(gè)統(tǒng)一的整體，它獨(dú)立于具體的各種物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠向用戶提供一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 ? TCP/IP網(wǎng)絡(luò)完全撇開(kāi)了底層物理網(wǎng)絡(luò)的特性，是一個(gè)高度抽象的概念，正是由于這個(gè)原因，其為T(mén)CP/IP網(wǎng)絡(luò)賦予了巨大的靈活性和通用性。 TCP/IP核心協(xié)議 ? 在 TCP/IP協(xié)議族中，有很多種協(xié)議，如圖 。 用戶進(jìn)程 用戶進(jìn)程 I C M P T C P I G M P UDP A R P R A R P IP IP 應(yīng)用層 傳輸層 互聯(lián)網(wǎng)層 網(wǎng)絡(luò)接口層 TCP/IP協(xié)議群中的核心協(xié)議被設(shè)計(jì)運(yùn)行在互聯(lián)網(wǎng)層和傳輸層，它們?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)中的各主機(jī)提供通信服務(wù)，也為模型的最高層 — 應(yīng)用層中的協(xié)議提供服務(wù)。 TCP/IP核心協(xié)議 ? TCP ? （ 1）概述 ? TCP的上一層是應(yīng)用層， TCP向應(yīng)用層提供服務(wù)， TCP數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)了從一個(gè)應(yīng)用程序到另一個(gè)應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)傳遞。應(yīng)用程序通過(guò)編程調(diào)用 TCP并使用 TCP服務(wù)，提供需要準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，用來(lái)區(qū)分接收數(shù)據(jù)應(yīng)用的目的地址和端口號(hào)。 ? 通常應(yīng)用程序通過(guò)打開(kāi)一個(gè) socket來(lái)使用 TCP服務(wù)， TCP管理到其他 socket的數(shù)據(jù)傳遞。 TCP/IP核心協(xié)議 ? TCP ? （ 2） 3次握手協(xié)議 ? TCP對(duì)話通過(guò) 3次握手來(lái)初始化，使數(shù)據(jù)段的發(fā)送和接收同步，確定其一次可接收的數(shù)據(jù)量，并建立虛連接。 ? 下面描述了這 3次握手的簡(jiǎn)單過(guò)程。 ? ? 客戶向服務(wù)器發(fā)送一個(gè)包含 SYN即同步（ Synchronize）標(biāo)志的 TCP報(bào)文，該報(bào)文會(huì)指明客戶使用的端口以及 TCP連接的初始序號(hào)； ? ? 服務(wù)器在收到客戶的 SYN報(bào)文后，將返回一個(gè) SYN+ACK的報(bào)文，表示客戶的請(qǐng)求被接受，同時(shí) TCP序號(hào)加一， ACK即確認(rèn)（ Acknowledgement）； ? ? 客戶在收到服務(wù)器的報(bào)文后，再返回一個(gè)確認(rèn)報(bào)文 ACK，同樣 TCP序列號(hào)被加一，到此一個(gè) TCP連接完成。 TCP/IP核心協(xié)議 ? TCP ? （ 2） 3次握手協(xié)議 ? 圖 S Y N J S Y N K , A C K J + 1 A C K K + 1 TCP實(shí)體所采用的基本協(xié)議是滑動(dòng)窗口協(xié)議。當(dāng)發(fā)送方傳送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)時(shí)，它將啟動(dòng)計(jì)時(shí)器。當(dāng)該數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)目的地后，接收方的 TCP實(shí)體向回發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)