【導(dǎo)讀】本章從網(wǎng)絡(luò)程序設(shè)計(jì)角度提供足夠的細(xì)節(jié)以理解如何使用TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。提供這些協(xié)議的實(shí)際設(shè)計(jì)、具體實(shí)現(xiàn)和相關(guān)的注意事項(xiàng)。的相關(guān)協(xié)議分別是TCP協(xié)議和UDP協(xié)議。目前絕大多數(shù)的客戶服務(wù)器應(yīng)用程序都使用TCP. 輸層直接使用IPv4或IPv6，但這種方法使用較少?；騃Pv6數(shù)據(jù)報，然后發(fā)送到目的地址。但是，UDP并不能保證UDP數(shù)據(jù)報最終能夠到達(dá)。使用UDP進(jìn)行程序設(shè)計(jì)所遇到的問題是缺乏可靠性。每個UDP數(shù)據(jù)報都有一定的長度，可以把一個數(shù)據(jù)報看作一個記錄。向應(yīng)用程序提供的TCP服務(wù)與UDP服務(wù)不同。排序；第四，TCP提供流量控制?？康淖止?jié)流協(xié)議。據(jù)報，該數(shù)據(jù)報導(dǎo)致一個IP數(shù)據(jù)報的發(fā)送。程序應(yīng)注意所產(chǎn)生IP數(shù)據(jù)報的大小。端口號標(biāo)識出發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程。含IP報頭的某些域，目的是讓UDP檢測數(shù)據(jù)確已到達(dá)正確的目的端。者與接收者之間任何地方的UDP報頭或數(shù)據(jù)所發(fā)生的任何改動。也應(yīng)看到某些路據(jù)鏈路協(xié)議沒有任何形式的數(shù)據(jù)鏈路校驗(yàn)和。

　　

【正文】 ype 參數(shù)指定了將建立的套接字是用于面向連接模型還是無連接模型的。參數(shù)值SOCK_STREAM 為面向連接模型， SOCK_DGRAM 為面向無連接類型。 最后一個參數(shù)是 protocol，指定套接字所使用的協(xié)議。該值一般被設(shè)置為 0，這種情況下 SOCK_STREAM 套接字將使用 TCP 協(xié)議，而 SOCK_DGRAM 將使用 UDP 協(xié)議。 Socket 系統(tǒng)調(diào)用一般將返回一個非負(fù)整數(shù)作為套接字的描述符，可以像常見的 UNIX 系統(tǒng)中的文件描述符一樣來處理。 面向連接編程模型 面向連接編程模型使用的主要系統(tǒng)調(diào)用 在面向連接編程模型中，下列系統(tǒng)調(diào)用是必要的。 1 綁定： bind 系統(tǒng)調(diào)用把一臺機(jī)器的真正的網(wǎng)絡(luò)地址與一個套接字標(biāo)識符關(guān)聯(lián)在一起。具體用法如下： include sys/ include sys/ int bind(int sockfd, const struct sockaddr *address, size_t add_len)。 第一個參數(shù) sockfd 是從 socket 系統(tǒng)調(diào)用返回的文件描述符。第二個參數(shù)在這里使用一個包含服務(wù)器地址信息的 struct sockaddr_in 類型地址。最后一個參數(shù)存儲套接字實(shí)際使用的地址指針的大小。如果 bind 調(diào)用成功將返回 0，否則將返回 1。例如，該地址上已經(jīng)存在一個套接字時調(diào)用就會失敗，且 errno 將被置為 EADDRINUSE。 2 監(jiān)聽： 綁定之后，在任何客戶端系統(tǒng)可以連接到新建立的服務(wù)器端點(diǎn)之前，服務(wù)器必須設(shè)定為等待連接。這項(xiàng)工作由 listen 系統(tǒng)調(diào)用完成。具體用法如下： include sys/ int listen(int sockfd, int queue_size)。 sockfd 參數(shù)含義和 bind 調(diào)用中的相同。服務(wù)器最多可以將 queue_size 個進(jìn)入的連接請求排入隊(duì)列。（ XTI 指定了 5 個這樣的請求作為可移植的最大值）。 3 接受： 當(dāng)服務(wù)器收到一個客戶端的 connect 請求時，它必須建立一個新的套接字來處理這個特定的通信。第一個套接字只是用來建立通信。第二個套接字是由 accept 來完成的。具體用法如下： include sys/ include sys/ int accept(int sockfd, struct sockaddr *address, size_t *add_len)。 accept 系統(tǒng)調(diào)用處理從原始的 socket 系統(tǒng)調(diào)用返回的正在監(jiān)聽的套接字描述符。如果成功則返回值是用來通信的新的套接字描述符。 address 參數(shù)將被客戶端的信息填充。然而，因?yàn)檫@是一個面向連接模型的通信，服務(wù)器幾乎不需要知道客戶端的地址，因此 address 參數(shù)可以用 NULL 來代替。如果 address 參數(shù)不是 NULL，那么 add_len 參數(shù)指向的變量，最初還應(yīng)該包含 address 參數(shù)所描述的地址結(jié)構(gòu)體的長度。 accept 調(diào)用返回時， *add_len 將保存實(shí)際被復(fù)制的字節(jié)數(shù)。 4 連接： 為了向服務(wù)器請求連接，客戶端使用 connect 系統(tǒng)調(diào)用。具體用法如下： include sys/ include sys/ int connect(int sockfd, const struct sockaddr *address, size_t add_len)。 第一個參數(shù) sockfd 是相關(guān)的客戶端套接字的文件描述符（由本地操作系統(tǒng)分配），它與服務(wù)器上的套接字標(biāo)識符沒有關(guān)系。 address 參數(shù)是指向一個包含服務(wù)器地址的結(jié)構(gòu)體的指針，同樣， add_len 參數(shù)是所指向的地址結(jié)構(gòu)體中實(shí)際使用的字節(jié)長度。 5 數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收： 如果上述工作成功完成，那么在客戶機(jī)和服務(wù)器之間就建立了一個通信通路。由于套接字的類型被設(shè)置為 SOCK_STREAM，所以客戶端和服務(wù)器都有一個（不同的）文件描述符來用于讀寫數(shù)據(jù)。在大多數(shù)情況下， read 和 write 系統(tǒng)調(diào)用可 以正常地使用。然而，如果有關(guān)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)方法的額外參數(shù)需要設(shè)置，則系統(tǒng)提供了兩個新的系統(tǒng)調(diào)用。 send 和 recv 可以簡單地用作 read 和 write。事實(shí)上，如果它們的第四個參數(shù)設(shè)置為 0，它們與 read 和 write 并無區(qū)別。具體用法如下： include sys/ include sys/ ssize_t send(int sockfd, const void *buffer, size_t length, int flags)。 ssize_t recv(int sockfd, void *buffer, size_t length, int flags)。 recv 調(diào)用從指定的文件描述符讀取數(shù)據(jù)，存放到 buffer 中， buffer 的長度是 length。與read 調(diào)用類似， recv 返回讀取數(shù)據(jù)的長度。 Flags 參數(shù)影響數(shù)據(jù)被接收的方式?？赡艿闹得枋鋈缦拢? MSG_PEEK 進(jìn)程查看數(shù)據(jù)但是并不真正“接收”。 MSG_OOB 普通數(shù)據(jù)被忽略，進(jìn)程只接收“帶外數(shù)據(jù)”，例如中斷信號。 MSG_WAITALL recv 調(diào)用只有接收到足夠長度的數(shù)據(jù)時才返回。 如果 flags 參數(shù)設(shè)置為 0，則 send 的行為和 write 一樣，把 buffer 中保存的信息發(fā)送到sockfd，一個本地套接字。 Length 參數(shù)指明了 buffer 的長度。與 recv 類似， flags 參數(shù)影響消息發(fā)送的方式?？赡苤等缦拢? MSG_OOB 發(fā)送“帶外數(shù)據(jù)”。 MSG_DONTROUTE 發(fā)送消息時忽略任何基礎(chǔ)協(xié)議的路由條件。一般來講，這意味著信息將通過最直接的路徑而不是最快速的路徑發(fā)送（最快速的路徑也許會更復(fù)雜，這和網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時的負(fù)載情況有關(guān)）。 6 關(guān)閉連接： 套接字是一種雙向通信機(jī)制，因此通信一方不可能預(yù)先知道當(dāng)通信發(fā)生中斷時，對方進(jìn)程是在進(jìn)行讀操作還是寫操作。當(dāng)進(jìn)程試圖向一個已經(jīng)斷開連接的套接字 write或 send 數(shù)據(jù)時，它會收到一個 SIGPIPE 信號，一般情況下，這個信號是需要處理的。也就是說，需要構(gòu)造一個恰當(dāng)?shù)男盘柼幚砗瘮?shù)。 如果 read 或 recv 調(diào)用返回 0，說明連接結(jié)束。因此始終需要檢查 read 或 recv 的返回值，并做相應(yīng)的處理。 close 系統(tǒng)調(diào)用可以用于關(guān)閉一個套接字。如果連接的類型是 SOCK_STREAM，那么內(nèi)核將保證數(shù)據(jù)被 發(fā)往接收進(jìn)程。這也許會使關(guān)閉操作阻塞，直到所有的數(shù)據(jù)傳送完成。（如果連接類型為 SOCK_DGRAM，那么套接字將被馬上關(guān)閉）。 面向連接服務(wù)流程 Berkeley UNIX 支持 TCP/IP 協(xié)議，它們通過一組原語 (socket)來訪問網(wǎng)絡(luò)，獲得極為廣泛的應(yīng)用，成為事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。 Sun 工作站的操作系統(tǒng) SunOS 也使用這種方法訪問網(wǎng)絡(luò)。 Berkeley 的原語由一組允許用戶訪問傳送服務(wù)的系統(tǒng)功能調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。 主要的系統(tǒng)調(diào)用列舉下： 1． s＝ socket（ domain， type， protocol）； 建立給定類型的 TSAP。 2． bind（ s， localaddr， addrlen）； 為前面創(chuàng)建的 socket 分配一個本地地址。 3． connect（ s， server， serverlen）； 發(fā)起與遠(yuǎn)端 socket 的一個連接。 4． listen（ s， n）： 建立一個隊(duì)列以存儲外來的連接請求。 5． accept（ S， from， fromlen）； 將一個連接請求從隊(duì)列中移出或等待 一個連接請求。 6． send（ s， buf， buflen， flags）； 在給定的 socket 上發(fā)送一個報文（有連接）。 7． recv(s， buf， buflen， flags)； 在給定的 socket 上接收一個報文 (有連接 )。 8． close(s)； 拆除一個 socket 上的連接。 9． shutdown(s， how)； 終止一個 socket 上的連接。 10． sendto(s， buf， buflen， flags， to， tolen)。 在無連接的 socket 上發(fā)送一個報文。 11． recvfrom(s， buf,buflen， flags， from， fromlen)。 在無連接的 socket 上接收一個報文。 12． select(nfds， readfds， writefds， exceptfds， timeout)； 檢查一組 socket，看它們是否可讀或可寫。 服務(wù)接口的核心是 socket(管座 )概念，它與 OSI 的 TSAP 相似，它是各連接可以從下面 (操作一邊 )與之相連的端點(diǎn)，也是各進(jìn)程可以從上面 (用戶一邊 )與之相連的端點(diǎn)。系統(tǒng)調(diào)用 socket 創(chuàng)建 — 個管座 (操作系統(tǒng)中的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) )，分配一個小的整數(shù)號作為其說明符 s。調(diào)用中的各參數(shù)分別說明地址的格式 domain(如 ARPA 網(wǎng)際網(wǎng)的名字或 UNIX 中的路徑名 )，管座類型 type(如面向連接的 stream 管座或無連接的數(shù)據(jù)報管座 )，以及使用的協(xié)議protocol(如 TCP/IP 或 UDP/IP)。 為了讓遠(yuǎn)端用戶能向管座發(fā)送連接請求，管座就必須有一個地址。通過 bind 系統(tǒng)調(diào)用可以將地址和管座聯(lián)系起來。 一旦聯(lián)系好，就可以將管座的地址以某種方式發(fā)布出去，于是遠(yuǎn)端進(jìn)程就可以訪問該管座。 為了發(fā)起與遠(yuǎn)端 (如服務(wù)員 )的連接，進(jìn)程可以使用 connect 系統(tǒng)調(diào)用，并以本地管座和遠(yuǎn)端管座地址作為參數(shù)。這一調(diào)用在兩個管座之間建立一條連接?；蛘撸绻茏鶠闊o連接類型，操作系統(tǒng)記下兩個管座間的聯(lián)系，以便在本地管座上執(zhí)行 send 能將報文送到遠(yuǎn)端管座，盡管兩管座間沒有正式連接存在。 服務(wù)員為了接收一個顧客的連接，必須執(zhí)行兩個步驟 (但使用 UDP 的管座除外 )； listen(s， glength)； snew=accept(s， from， fromlen)； 其中 listen 是等待 — 個連接請求的到來，第二個參數(shù)指定可在隊(duì)列中等待服務(wù)員接受的最大連接數(shù)，如 5。如果該隊(duì)列已滿，則對后來請求連接的報文置之不理。第二步是服務(wù)員使用該管座接受一個連接，返回一個新的管座 (其說明符為 snew)。如果服務(wù)員希望找出其顧客是誰，可供給一個緩存器 from 放置顧客管座的名字。參量 fromlen 是服務(wù)員最初用來指出 from 使用多大空間，當(dāng)返回真實(shí)長度時再作修改。若對顧客名字不感興趣，第二個參量也可置為零。 accept()調(diào)用通常是阻塞式原語，在一個連接可用前，不會返回。 如果一個請求已經(jīng)到達(dá)，就將其從管座的隊(duì)列中取出；否則進(jìn)程封鎖管座直到一個請求到來為止 (除非已將管座說明為非封鎖性的 )。不管哪種方式，當(dāng)可獲得請求時，就建立一新的管座并將此管座用作連接端點(diǎn)。通過這一方式，單個眾所周知的端口就可以用于建立很多連接。 一旦管座不再用，可以使用 close()調(diào)用釋放。此時，如果有連接的管座還有數(shù)據(jù)，則系統(tǒng)將力征繼續(xù)把該數(shù)據(jù)傳送出去。但是如果相當(dāng)長時間 (如 4 分鐘 )后該數(shù)據(jù)仍未送出去，則將作廢。如果不用 此管座收發(fā)任何數(shù)據(jù)，可在用 close()調(diào)用前使用 shutdown()調(diào)用，其中的參數(shù) how 可取 0， 1， 2。當(dāng)用戶不再想讀數(shù)據(jù)時為 0，不再發(fā)送數(shù)據(jù)時為 l，不再發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時為 2。對管座使用 shutdown()操作可使在排隊(duì)中的數(shù)據(jù)立即作廢。 管座用于數(shù)據(jù)報服務(wù)，發(fā)送與接收數(shù)據(jù)時使用 sendto()和 reevfrom()原語， to 和 tolen 指報文的接收者，而 from 和 fromlen 指從何處接收。 select 調(diào)用對建立了幾條連接的進(jìn)程很有用處。在很多情況下，這樣的進(jìn)程可以在有報文時它處理的任何管 座上執(zhí)行 recv 調(diào)用，但它不知道哪個管座上已有報文，哪個上沒有。如果它選取一個管座，而報文在其他一些管座上時，它可能因等待報文而封鎖很長時間。此時它可以用 select 調(diào)用，此調(diào)用終止時，調(diào)用者被告知哪些管座上有報文，哪些沒有。 nfds指定文件說明符范圍， timeout 指定 select 等待的時間，其余 3 個參數(shù)作為位掩碼，分別用讀、寫、異常處理文件設(shè)置。 基于顧客服務(wù)員模型的面向連接服務(wù)流程如圖 210 所示。 圖 210 面向連接服務(wù)流程 面向連接服務(wù)程序例子 這個例子是根據(jù)圖 210 給出的面向連接的顧