客戶服務(wù)器模式與套接子1第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第3.1節(jié)、客戶—服務(wù)器工作模式3.1.1C/S的基本概念3.1.2C/S關(guān)系與軟件特點3.1.3C/S工作過程與并發(fā)3.1.4協(xié)議端口號謝希仁教材1.6節(jié)2第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一C/S模式部分的重點與難點1、C/S模式的基本概念2、C/S的工作過程，以及C/S軟件的各自特點3、**協(xié)議端口號及應(yīng)用4、插口地址概念重點理解：主要了解：1、熟知的協(xié)議端口號與使用2、互聯(lián)網(wǎng)C/S工作模式與TCP/IP的關(guān)系3、服務(wù)器并發(fā)處理3第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一相互作用的客戶-服務(wù)器（Client/Server)模型在TCP/IP互聯(lián)網(wǎng)中，進(jìn)程間相互訪問的模式主要是客戶—服務(wù)器交互模式客戶和服務(wù)器分別是兩個應(yīng)用程序（進(jìn)程）?？蛻粝蚍?wù)器發(fā)出服務(wù)請求，服務(wù)器做出響應(yīng)。服務(wù)器客戶互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)程（Process)就是運行中的程序。解決具體應(yīng)用問題的邏輯處理和通信進(jìn)程總稱為“應(yīng)用進(jìn)程”。4第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一為什么選擇客戶-服務(wù)器模式第一個原因：互聯(lián)網(wǎng)中資源、運算能力和信息不均等的現(xiàn)實。資源、運算能力不均：小到一個物理網(wǎng)絡(luò)，往往是某些主機擁有大容量的外存，某些主機只有很少外存或沒有外存，有些主機擁有打印機，有些主機沒有；大到整個互聯(lián)網(wǎng)，少數(shù)網(wǎng)點擁有超速運算能力，而大量網(wǎng)點由PC機構(gòu)成…….信息分布不均：比如名字信息、地址信息等。這些信息往往以數(shù)據(jù)庫形式存在于少數(shù)特權(quán)主機當(dāng)中，供局部或全局訪問。這些信息一般具有公用性，為了節(jié)約整個網(wǎng)絡(luò)的資源，沒有必要在每一臺機器上都維持一個拷貝。不均等現(xiàn)象不可避免，而客戶-服務(wù)器模式體現(xiàn)了這種現(xiàn)象并很好地適應(yīng)了這種現(xiàn)象。5第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第二個原因：是技術(shù)性的。

互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)程通信與單機進(jìn)程通信不同：互聯(lián)網(wǎng)通信完全是異步的，無法知道哪個主機會在何時發(fā)起通信。因此，需要一種機制，為準(zhǔn)備通信的進(jìn)程之間建立聯(lián)系，為兩者的數(shù)據(jù)交換提供同步。

C/S模式是客觀現(xiàn)實與技術(shù)實現(xiàn)相結(jié)合的產(chǎn)物！首先，什么是早期單機應(yīng)用軟件的工作方式？和早期單機應(yīng)用軟件一般只和本機資源交互，包括通信串/并口。當(dāng)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用后，應(yīng)用軟件需要通過網(wǎng)絡(luò)訪問資源、交互信息，尋找一種基于網(wǎng)絡(luò)的信息交互/計算分布模式。6第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一網(wǎng)絡(luò)中計算機進(jìn)程間通信同樣存在主叫和被叫，但沒有振鈴機制。通信進(jìn)程間收/發(fā)協(xié)調(diào)怎么辦？互聯(lián)網(wǎng)采用最簡單的約定方式—C/S模式電話通信的呼叫模式：主叫發(fā)起通信、被叫振鈴和提機、開始通信。振鈴機制實現(xiàn)依賴信令系統(tǒng)控制處理，協(xié)調(diào)雙方通信（收/發(fā)）矛盾。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，許多問題的解決往往是通過位于不同主機中的多個進(jìn)程之間的通信和協(xié)同工作來完成的。網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程之間怎樣相互協(xié)同開始工作，為什么要C/S模式？7第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2000年前后，SIP協(xié)議的發(fā)展類似信令系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)會話（呼叫）系統(tǒng)，可定義更豐富的會話模式。傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序使用客戶/服務(wù)器模式，但C/S不是所有應(yīng)用交互會話模式，如IP電話、視頻會議、多方游戲等。在客戶-服務(wù)器模式中，每次通信均由客戶進(jìn)程發(fā)起，服務(wù)器進(jìn)程從開機起就處于等待狀態(tài)。這可保證服務(wù)器隨時對客戶請求做出響應(yīng)8第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一C/S模式是約定客戶請求（發(fā)起）通信、服務(wù)器響應(yīng)通信（提供特定的服務(wù)），基本可以理解為請求/應(yīng)答的分布計算（會話）模式?；ヂ?lián)網(wǎng)將網(wǎng)絡(luò)軟件分為客戶(client)、服務(wù)器(server)，客戶和服務(wù)器都指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進(jìn)程。即本質(zhì)是計算機軟件。9第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一客戶軟件的特點在進(jìn)行通信時臨時成為客戶，但它也可在本地進(jìn)行其他的計算，提供用戶端基本應(yīng)用功能框架。被用戶調(diào)用，在用戶本地計算機上運行，在需要時主動向遠(yuǎn)地服務(wù)器發(fā)起通信?？膳c多個服務(wù)器進(jìn)行通信。通常不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)。

10第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一服務(wù)器軟件的特點專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個遠(yuǎn)地或本地客戶的請求。在共享計算機上運行。當(dāng)系統(tǒng)啟動時即自動調(diào)用并一直不斷地運行著。被動等待并接受來自多個客戶的通信請求。一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持。11第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一兩個術(shù)語在C/S模式中：服務(wù)器：被動等待通信的程序。不是計算機。服務(wù)器級計算機：運行服務(wù)器軟件的功能強大的計算機。硬件廠商把具有高速CPU、大容量存儲器、功能強大的操作系統(tǒng)的計算機稱為服務(wù)器，其實應(yīng)該稱為服務(wù)器級計算機。12第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層①發(fā)起連接建立請求應(yīng)用層應(yīng)用層客戶服務(wù)器因特網(wǎng)②接受連接接受請求計算機A計算機B1C/S工作建立過程請求、應(yīng)答、數(shù)據(jù)交互,TCP/IP系統(tǒng)支持。C/S都需要TCP/IP系統(tǒng)支持C/S工作過程和并發(fā)13第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一C/S模式的傳輸機制面向連接傳輸：使用面向連接的傳輸協(xié)議時，兩個應(yīng)用必須首先建立一個連接，然后在該連接上發(fā)送數(shù)據(jù)。無連接傳輸：應(yīng)用可以利用無連接接口在任何時間向任何目的發(fā)送消息。客戶和服務(wù)器在通信時，既可以使用面向連接傳輸協(xié)議，又可以使用無連接傳輸協(xié)議。當(dāng)使用面向連接傳輸時，客戶需要首先形成一個到特定服務(wù)器的連接，該連接在客戶發(fā)送請求和接收響應(yīng)的過程中保持不變。當(dāng)客戶完成對服務(wù)的使用時，必須關(guān)閉這一連接。14第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一一臺計算機上可以運行多種服務(wù)器：1.充分利用硬件資源。硬件可以被多種服務(wù)所共享。減少系統(tǒng)管理負(fù)載。因為這種情況可以減少被管理的計算機系統(tǒng)的數(shù)量。如果對服務(wù)的需求比較低，那么把服務(wù)器合并到一臺計算機上能夠顯著地減少開銷，而且并不會明顯地降低性能。15第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一2服務(wù)器多重服務(wù)：單計算機可安裝多服務(wù)器軟件來提供多重服務(wù)，在等待的時候不占用資源，但同時響應(yīng)需要系統(tǒng)較多資源支持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用層計算機A計算機B計算機C客戶1服務(wù)器1服務(wù)器2客戶2因特網(wǎng)16第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一并發(fā)性

—客戶-服務(wù)器交互模型的基礎(chǔ)并發(fā)服務(wù)器可以同時為多個客戶提供服務(wù)，并不需要每個客戶等待前一個客戶的請求完成大多數(shù)并發(fā)服務(wù)器都是動態(tài)操作的。即只有當(dāng)請求到達(dá)時，服務(wù)器才會動態(tài)地為到來的請求創(chuàng)建一個新的線程。服務(wù)器程序由兩部分組成：主線程和服務(wù)線程。主線程：負(fù)責(zé)接收請求并為請求創(chuàng)建一個服務(wù)線程來處理請求。并使服務(wù)器保持活躍狀態(tài)，主線程在創(chuàng)建處理請求的服務(wù)線程之后，會等待另一個請求的到來。服務(wù)線程：負(fù)責(zé)處理每個請求，然后終止。如果N個客戶同時請求一臺計算機上的給定服務(wù)，則會有N+1個線程提供服務(wù)。主線程等待額外的請求，N個服務(wù)線程與每個客戶進(jìn)行交互在互聯(lián)網(wǎng)中，客戶發(fā)起請求完全是隨機的，很有可能出現(xiàn)多個請求同時到達(dá)服務(wù)器的情況。17第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層應(yīng)用層應(yīng)用層計算機A計算機B計算機C客戶1因特網(wǎng)客戶23服務(wù)器并發(fā)：服務(wù)器1*副本一個服務(wù)器同時響應(yīng)多個請求，即服務(wù)器并發(fā)執(zhí)行是基本的，而不是逐個響應(yīng)。一個服務(wù)器軟件包括：接收請求、處理單個請求和生成新線程三部分；當(dāng)請求到達(dá)時，服務(wù)器將它交給一個控制線程（副本），和已有線程并發(fā)。服務(wù)器118第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一復(fù)雜的C/S交互：實際大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用S軟件系統(tǒng)中，C/S的交互可能是復(fù)雜的過程。1、客戶應(yīng)用不限制訪問一個服務(wù)器，客戶一個應(yīng)用可以成為多個不同服務(wù)器（可能不同計算機上）的客戶，要處理多個服務(wù)器通信。2、提供某種服務(wù)的服務(wù)器同時能成為另一個服務(wù)的客戶，如文件服務(wù)器在進(jìn)行文件服務(wù)處理時需要記錄時間，可能又要訪問時間服務(wù)器。3、可能發(fā)生服務(wù)器的循環(huán)依懶，在兩個服務(wù)器間，或多服務(wù)器之間的依懶環(huán)。19第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層N個服務(wù)器因特網(wǎng)計算機A計算機BN個客戶協(xié)議端口號C與S之間怎樣準(zhǔn)確識別特定服務(wù)？20第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一一臺運行多種服務(wù)器的計算機上，每種服務(wù)器如何識別發(fā)給自己的請求？解決方法：

傳輸協(xié)議為每種服務(wù)分配一個惟一的標(biāo)識符，服務(wù)器和客戶必須使用這一標(biāo)識符。服務(wù)器開始運行時，它向本地協(xié)議軟件注冊它使用的服務(wù)標(biāo)識符?？蛻粼L問遠(yuǎn)程服務(wù)器時，需要指定對應(yīng)的服務(wù)標(biāo)識符?？蛻粲嬎銠C上的傳輸協(xié)議軟件在發(fā)送請求時，向服務(wù)器計算機發(fā)送這一標(biāo)識符，服務(wù)器計算機上的傳輸協(xié)議軟件使用這一標(biāo)識符決定處理這一請求的服務(wù)器程序。21第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一端口端口就是運輸層服務(wù)訪問點TSAP端口的作用就是讓應(yīng)用層的各種應(yīng)用進(jìn)程都能將其數(shù)據(jù)通過端口向下交付給運輸層，以及讓運輸層知道應(yīng)當(dāng)將其報文段中的數(shù)據(jù)向上通過端口交付給應(yīng)用層相應(yīng)的進(jìn)程。從這個意義上講，端口是用來標(biāo)志應(yīng)用層的進(jìn)程。服務(wù)器通過它明確所提供的服務(wù)22第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一FTPTELNETSMTPDNSTFTPSNMPTCPUDP2123255369161應(yīng)用層傳輸層端口層23第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一102823…..源端口目的端口TELNETB目的端口號=23把包發(fā)送到我的TELNET應(yīng)用中AB24第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一端口端口用一個16bit端口號進(jìn)行標(biāo)志。端口號只具有本地意義，即端口號只是為了標(biāo)志本計算機應(yīng)用層中的各進(jìn)程。在因特網(wǎng)中不同計算機的相同端口號是沒有聯(lián)系的。25第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一兩類端口一類是熟知端口，其數(shù)值一般為0~1023。當(dāng)一種新的應(yīng)用程序出現(xiàn)時，必須為它指派一個熟知端口。另一類則是一般端口，用來隨時分配給請求通信的客戶進(jìn)程。26第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一TCP/IP定義的應(yīng)用程序熟知端口：FTP:21,Telnet:23,SMTP:25，DNS:53,TFTP:69,HTTP:80,SNMP:161,協(xié)議端口號定義而一般端口，是可以由系統(tǒng)開發(fā)人員隨時定義分配的。27第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一名稱TCP端口號TCP端口號描述EchoDiscardDaytimeChargenTime7913193779131937服務(wù)器返回客戶發(fā)送的所有內(nèi)容服務(wù)器丟棄客戶發(fā)送的所有內(nèi)容服務(wù)器以可讀形式返回日期與時間當(dāng)客戶發(fā)一個數(shù)據(jù)報時，服務(wù)器發(fā)送一連續(xù)字符流，直至客戶中斷連接；UDP發(fā)一隨機長度的數(shù)據(jù)報從服務(wù)器返回一個32bit數(shù)，表示UTC時間1900.1.1午夜至今的秒數(shù)通常TCP/IP的主要端口號：1—225之間，端口號256—1023由Unix系統(tǒng)占用，端口號1024—5000作為臨時端口分配，5000以上（作為其他服務(wù)器）不常出現(xiàn)。標(biāo)準(zhǔn)簡單服務(wù)端口號28第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一為什么服務(wù)器端口號一定是唯一定義的，而客戶端的端口號可以是按定義的，也可以臨時自指定的，只具有本地意義？

為什么服務(wù)器端口號一定是唯一定義的，而客戶端的端口號可以是按定義的，也可以臨時指定的？答：協(xié)議端口號解決是C/S交互過程中服務(wù)器定位問題，使所有客戶都能正確找到需要的服務(wù)，所以服務(wù)器端口一定唯一確定的，而客戶源端口號只對客戶自己有效。一計算機可以有多個應(yīng)用進(jìn)程，通過不同的端口號（源不同/目的相同，源同/目的不同，均不同），同時進(jìn)行多任務(wù)處理，此時TCP/UDP、IP完成復(fù)用與分用。

協(xié)議端口號解決是C/S交互過程中服務(wù)器定位問題，使所有客戶都能正確找到需要的服務(wù)，所以服務(wù)器端口一定唯一確定的，而客戶源端口號只對客戶自己有效。29第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一實際通過TCP應(yīng)用，除端口外，還必須有IP地址。

TCP連接的兩個端點（端與端通信），是由端點地址（IP地址，端口號）確定，（IP地址，端口號）也被稱為插口（Socket），或者端地址（EndpointAddress）。實際通過TCP通信，除端口外，為什么必須有IP地址？30第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一TCP/UDP協(xié)議插口04101631

源端口

目的端口

TCP/UDP頭部數(shù)據(jù)其它字段TCP/UDP頭部數(shù)據(jù)IP頭部32bit源地址32bit目的地址其它字段從IP包結(jié)構(gòu)看，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)程通信需要端地址（IP地址，端口號）31第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第3.1總結(jié)1、什么是C/S工作模式?2、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為什么需要C/S模式?3、為什么通常服務(wù)器軟件復(fù)雜?4、應(yīng)用進(jìn)程通信端口地址，為什么還要IP地址？是否需要物理網(wǎng)地址？32第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第3.1章作業(yè)1、客戶軟件和服務(wù)器軟件主要特點。2、一個服務(wù)器軟件通常需要包括哪些主要的功能部分。3、為什么通常服務(wù)器端口號是唯一定義的，而客戶端的端口號可以臨時指定？

33第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第3.2節(jié)、應(yīng)用程序接口API3.2.1應(yīng)用程序接口概述3.2.2套接字API基本結(jié)構(gòu)3.2.3實現(xiàn)套接字API的過程3.2.4套接字API的其它問題3.2.5套接字API實現(xiàn)實例34第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一第3.2節(jié)：重點與難點1、應(yīng)用編程接口的概念與重要性2、套接字API的特點/函數(shù)/參數(shù)3、Socket套接字API實現(xiàn)的基本過程重點理解：主要了解：1、套接字API主要過程的作用2、套接字繼承與服務(wù)器并發(fā)35第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一3.2.1應(yīng)用程序接口概述C/S模式解決了應(yīng)用程序通過互聯(lián)網(wǎng)交互方式—等待/請求，并通過端口號來標(biāo)識服務(wù)器提供的某種服務(wù)。盡管TCP/IP并不復(fù)雜，但應(yīng)用程序編寫當(dāng)然不希望每次逐一填寫TCP/IP的各個報頭；應(yīng)用程序?qū)W(wǎng)絡(luò)低層通信細(xì)節(jié)實際不想關(guān)心，所以在應(yīng)用程序和通信網(wǎng)絡(luò)之間怎樣形成標(biāo)準(zhǔn)的接口—API，應(yīng)用程序只需要通過API就能完成通信和數(shù)據(jù)交互，是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的一大進(jìn)步?；ヂ?lián)網(wǎng)應(yīng)用程序怎樣和TCP/IP協(xié)議通信接口？即C、S編程怎樣使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)交互。傳統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)（DDN、FR、ATM）的交互，使用計算機串行接口或LAN仿真，通信網(wǎng)把數(shù)據(jù)傳遞到對方計算機，其余需要計算機應(yīng)用處理。網(wǎng)絡(luò)編程接口發(fā)展背景存在問題：1、計算機應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)兩層皮；2、計算機應(yīng)用必須和底層硬件（接口）打交道；嚴(yán)重阻礙網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展。36第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層N個服務(wù)器因特網(wǎng)計算機A計算機BN個客戶應(yīng)用進(jìn)程通過端地址建立可靠雙工通信連接和收發(fā)數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序或編程人員怎樣處理各種協(xié)議（TCP/IP/IGMP）的具體報格式？需要逐一包文內(nèi)容填寫？37第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一實際互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序只需要通過API完成通信和數(shù)據(jù)交互的調(diào)用，從而不需要處理網(wǎng)絡(luò)的細(xì)節(jié)，是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的一大進(jìn)步。API體現(xiàn)了現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)又一個重要思想——應(yīng)用程序與網(wǎng)絡(luò)“一體”又“分離”。一體：把網(wǎng)絡(luò)通信對上抽象API成為計算機體系組成部分，網(wǎng)絡(luò)API定義與設(shè)計已成為所有處理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)通信底層接口的實際方法，在3G/4G，NGN網(wǎng)絡(luò)中最大標(biāo)準(zhǔn)組就是解決其API的問題。分離：實現(xiàn)高效、簡捷API，就意味著實現(xiàn)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)通信底層“分離”，就可不關(guān)心通信實現(xiàn)的細(xì)節(jié)，大大降低了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)難度，促進(jìn)應(yīng)用發(fā)展。38第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一應(yīng)用程序接口API是應(yīng)用程序通過TCP/IP協(xié)議軟件進(jìn)行通信交互的接口，它是一組定義的操作（非硬件），API決定了網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所能達(dá)到功能和這些功能編程開發(fā)的難度。應(yīng)用程序接口API是一般由操作系統(tǒng)（或編程系統(tǒng)）提供，是由應(yīng)用程序調(diào)用的一個過程及過程所需的參數(shù)。通常一個API基本操作是獨立過程，如API一個過程完成建立通信，另一個過程完成數(shù)據(jù)接收。應(yīng)用程序接口API概念A(yù)PI：ApplicationProgramInterface，應(yīng)用程序接口或應(yīng)用編程接口39第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一通信協(xié)議只是規(guī)定協(xié)議應(yīng)該提供的操作，并不指定應(yīng)用程序與協(xié)議進(jìn)行交互時的API。協(xié)議端口與API接口有什么區(qū)別？協(xié)議端口是服務(wù)器軟件的標(biāo)識，16位整數(shù)；API是一個執(zhí)行過程。40第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一套接字API（SocketAPI）互聯(lián)網(wǎng)API主要有兩類：1、伯克利版API（SocketAPI，稱為套接字API），從BSDUnix版發(fā)展而來。2、A&AT版TLI運輸層接口TransportLayInterface盡管互聯(lián)網(wǎng)允許OS系統(tǒng)選擇API，但目前Windows（WinSoc）、Unix、Linux主流OS系統(tǒng)廣泛接受套接字API，所以成為事實上標(biāo)準(zhǔn)。套接字API是操作系統(tǒng)的一個組成部分。41第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一SocketAPI：應(yīng)用程序與TCP/IP協(xié)議之間的接口，它作為一種通用的通信編程接口而設(shè)計。42第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一Socket是應(yīng)用層與TCP/IP協(xié)議族通信的中間軟件抽象層，它是一組接口。在設(shè)計模式中，Socket其實就是一個門面模式，它把復(fù)雜的TCP/IP協(xié)議族隱藏在Socket接口后面，對用戶來說，一組簡單的接口就是全部，讓Socket去組織數(shù)據(jù)，以符合指定的協(xié)議。

43第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一套接字API的基本結(jié)構(gòu)套接字API是Unix操作系統(tǒng)的發(fā)展而來的，套接字API網(wǎng)絡(luò)通信描述基本保持Unix對設(shè)備、文件的操作風(fēng)格。如Unix文件操作采用“open—read—write—close”過程模式，首先產(chǎn)生一個操作的描述符，然后每個過程由函數(shù)+參數(shù)具體組成。套接字API同樣用描述符的方法，在使用通信協(xié)議前必須申請操作系統(tǒng)生成一個套接字，系統(tǒng)返回一個小整型數(shù)（如3、5）作為描述符來識別這個套接字，以后通信過程中這個套接字作為參數(shù)，而不必每次傳輸時指明細(xì)節(jié)。44第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一API過程中應(yīng)用程序選擇的端口、通信地址、客戶或服務(wù)器、使用協(xié)議等怎么表達(dá)呢？套接字API通過定義多個函數(shù)（而不是單個，為什么？），來確定參數(shù)和選項；既當(dāng)創(chuàng)建套接字描述符后，調(diào)用多個函數(shù)過程說明套接字使用的具體細(xì)節(jié)?？偨Y(jié)：套接字API的使用是通過首先創(chuàng)建套接字（返回整型描述符），然后調(diào)用多個包含具體參數(shù)和選項的函數(shù)過程，完成應(yīng)用程序和協(xié)議通信的接口。為什么是多個而不是單個，單個絕對不行嗎？45第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一實現(xiàn)套接字API的過程Socket過程該過程創(chuàng)建一個套接字并返回一個整數(shù)描述字。

descriptor=socket(protofamily,type,protocol)close過程該過程告訴系統(tǒng)終止對套接字的使用。close(socket)bind過程服務(wù)器使用該過程來提供服務(wù)器所使用的、用于等待連接的協(xié)議端口號。bind(socket,localaddr,addrlen)46第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一listen過程服務(wù)器調(diào)用該過程來等待來自客戶的連接。

listen(socket,queuesize)accept過程面向連接的服務(wù)器必須調(diào)用accept過程才能接收下一個連接請求。newsock=accept(socket,caddress,caddresslen)connect過程客戶調(diào)用該過程建立與特定服務(wù)器之間的連接。connect(socket,saddress,saddresslen)47第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一send過程如果套接字被連接，可以利用該過程發(fā)送數(shù)據(jù)。

send(socket,data,length,flags)sendto過程和sendmsg過程允許客戶或服務(wù)器使用無連接套接字發(fā)送數(shù)據(jù)。sendto(socket,data,length,flags,destaddress,addresslen)sendmsg(socket,msgstruct,flags)是一個結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包含了關(guān)于目的地址，目的地址的長度，發(fā)送的消息，以及消息的長度等信息。48第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一recv過程應(yīng)用可以調(diào)用該過程從連接套接字中接收數(shù)據(jù)。

recv(socket,buffer,length,flags)recvfrom過程和recvmsg過程如果套接字并沒有被連接，應(yīng)用可以用于接收來自任意發(fā)送者的消息recvfrom(socket,buffer,length,flags,sndraddr,saddrlen)recvmsg(socket,msgstruct,flags)是一個結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)含有接收消息的地址和發(fā)送者的IP地址。49第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一實現(xiàn)套接字API的過程1、創(chuàng)建一個套接字并返回一個返回整型描述符DescriAptor=socket(pf,type,protocol)Pf:協(xié)議棧TCP/IP/AppleTalk，type:連接/無連接，protocol：具體協(xié)議tcp/udp2、Bind過程Bind(socket,locaaddr,addrlen)服務(wù)器使用Bind過程賦予套接字特定的端地址，實現(xiàn)socket和端地址聯(lián)編，使用無連接協(xié)議時已準(zhǔn)備好接收信息。Locaaddr是本地端地址的一般socket地址描述結(jié)構(gòu)，TCP/IP地址和協(xié)議端口號將按socket地址結(jié)構(gòu)表達(dá)。50第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一4、Listen過程Listen(socket,queuesize)如服務(wù)器是面向連接的，需要使用Listen過程將套接字設(shè)置為被動模式，然后必須接受一個連接請求。Queuesize：客戶請求隊列的長度，開始為空。3、Close過程close(socket)close過程的調(diào)用告訴系統(tǒng)終止對一個套接字socket的使用，系統(tǒng)對套接字進(jìn)行釋放，應(yīng)用程序與傳輸協(xié)議間停止數(shù)據(jù)交互。如果套接字在使用面向連接的傳輸時，在關(guān)閉套接字前先關(guān)閉連接。51第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一5、Accept過程newsock=accept(caddress,caddresslen)使用面向連接通信時，Accept過程在套接字中確定了連接客戶的地址，服務(wù)器通過調(diào)用Accept過程接受下一個連接。然后Accept為該連接創(chuàng)建一個新套接字newsock返回調(diào)用者，服務(wù)器將用這個新套接字和客戶通信，直至與該客戶通信結(jié)束。caddress：按照socket地址結(jié)構(gòu)表達(dá)的客戶端IP地址。4-5步驟是面向連接通信時服務(wù)器必須的過程調(diào)用，完成被動地接受一個連接請求，然后創(chuàng)建一個服務(wù)器與特定客戶TCP連接的新的套接字，依次通信，同時原套接字仍保持不變；當(dāng)該客戶連接結(jié)束后，使用原套接字接受來自下一個客戶的連接。52第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一6、客戶端Connect過程Connect(socket,saddress,saddresslen)當(dāng)使用面向連接的TCP，Connect過程啟動一個指定服務(wù)器的運輸層連接，本質(zhì)上說Connect是客戶與已經(jīng)調(diào)用了Accept過程的服務(wù)器進(jìn)行連接的過程。saddress是按一般socket地址結(jié)構(gòu)表達(dá)的服務(wù)器IP地址和協(xié)議端口號。非常有意思的是，當(dāng)客戶使用無連接的UDP協(xié)議時，也可以使用Connect過程，此時并不啟動一個連接，而僅僅使得socket與服務(wù)器端地址聯(lián)編。通常對無連接的傳輸一般每一個IP報指明目的地址，但許多應(yīng)用客戶只和一個服務(wù)器通信，也即具有同樣的端目的地址。此時客戶可以通過套接字的地址記錄，發(fā)送多條信息，而不必每條指明地址。無連接傳輸?shù)腃onnect過程調(diào)用，建立連續(xù)無地址的IP包傳輸，實際上理解為客戶程序不需要給API指明端地址，而使用API默認(rèn)地址。53第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一7、Send過程send(socket,data,length,flags)當(dāng)套接字連接建立后，客戶與服務(wù)器就需要發(fā)送信息，客戶與服務(wù)器使用Send過程完成數(shù)據(jù)發(fā)送。data是內(nèi)存待發(fā)數(shù)據(jù)的地址，length是數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，flags特殊選項位（常用于系統(tǒng)調(diào)試）。sendto(socket,data,length,flags,destaddress,addresslen)sendto過程是客戶或服務(wù)器在未連接時發(fā)送信息，destaddress是目的地址的socket結(jié)構(gòu)表達(dá)。sendmgs(socket,mgsstrucct,flags)sendmgs過程完全同sendto，但定義結(jié)構(gòu)簡化參數(shù)表達(dá)，mgsstrucct是包括目的地址、地址長度，待發(fā)信息位置和信息長度的結(jié)構(gòu)表達(dá)（具體不展開）。允許客戶或服務(wù)器使用無連接套接字發(fā)送數(shù)據(jù)。54第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一8、Recv過程recv(socket,buffer,length,flags)當(dāng)套接字連接建立后，客戶與服務(wù)器也同樣需要接收信息，客戶與服務(wù)器使用Recv過程完成從一個連接的套接字中接收數(shù)據(jù)。buffer是內(nèi)存中存放接收到的數(shù)據(jù)的地址，length是緩沖區(qū)大小，flags控制細(xì)節(jié)選項。recvfrom(socket,buffer,length,flags,sndraddr,saddrlen)recvfrom過程是客戶或服務(wù)器在未連接時接收任一客戶發(fā)來的信息，同時對應(yīng)每收到的信息返回發(fā)送地址作為應(yīng)答，sndraddr是發(fā)送地址的socket結(jié)構(gòu)表達(dá)。recvmgs(socket,mgsstrucct,flags)recvmgs過程完全同recvfrom，簡化參數(shù)的表達(dá)，并和sendmgs過程對應(yīng)。mgsstrucct是一個結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)含有接收消息的地址和發(fā)送者的IP地址。55第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一其他套接子過程：1.getpeername過程：服務(wù)器在調(diào)用accept過程接收連接請求之后，可以調(diào)用該過程，以獲得啟動連接的遠(yuǎn)程客戶的完整地址。2.gethostname過程：客戶或服務(wù)器可以調(diào)用該過程來獲取運行該程序的計算機的信息。3.gethostbyname過程：通過計算機名字返回該計算機的IP地址?？蛻艚?jīng)常使用該過程將用戶輸入的名字轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的協(xié)議軟件所需的IP地址。4.gethostbyaddr過程：給出一臺計算機的IP地址，它將返回該計算機的名字。當(dāng)要向人們顯示主機信息時，客戶或服務(wù)器就可以使用該過程。write(socket,buffer,length)read(socket,buffer,length)套接字API繼承Unix的I/O一般操作，對已建立連接的套接字，可通過write-read套接字進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸，其功能同send-recv過程。56第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一客戶-服務(wù)器模式的socket實現(xiàn)框架服務(wù)器Socket()bind()listen()accept()阻塞，等待客戶連接請求recv()處理服務(wù)請求send()Socket()connect()send()recv()客戶建立連接服務(wù)請求服務(wù)響應(yīng)面向連接的客戶-服務(wù)器服務(wù)器必須首先啟動，直到它執(zhí)行完accept()調(diào)用，進(jìn)入等待狀態(tài)后，方能接受客戶請求。假如客戶先啟動，則connect()將返回出錯代碼，連接不成功。服務(wù)器端地址聯(lián)編創(chuàng)建套接字等待連接請求,請求隊列長度客戶地址新套接字建立連接服務(wù)器端地址獲取IP地址與定義端口57第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期一套接字、并發(fā)與線程套接字API設(shè)計需要適應(yīng)服務(wù)器并發(fā)，當(dāng)服務(wù)器并發(fā)創(chuàng)建一個副本時，每個新創(chuàng)建的線程從創(chuàng)建的線程繼承所有套接字的一