（计算机科学与技术专业论文）基于winsocket技术的传真管理系统的设计.pdf

火遵理工大学硕士学位论文 摘要 黼e 勰e 零懿发袋与豫影i p 蕊议是密不霉分懿，嚣惫互连熬计箨秘之 间传输数据主疆靠t c p i p 协议来传输，而t c p i p 协议的套按字( s o c k e t s ) 是支持t c p i p 协议的网络通信的基本操作单元。可以将套接字看作不同主 枫闻豹进程送行双囱遴信的灞熹，它构成了在荦个主梳内及熬个两际闻的编 程界面。 套接字裁是网终进程豹i 蛰，网络遵信是避程阅稳遭售，嚣蠛疆号翻网 络地址就能唯一地确定一个网络进程。网络编程中最常见的怒客户服务器 模式。以该模式编程时，客户端在需要的时刻发出向服务端的连接请求。服 务端鸯一夺遴程( 或多个遗程) 在撂定豹蓑麓等符客户来连接，强务稷旁等 待客户的连接信息，一旦连接上之后，就可以按设计的数据交换方法和格式 进行数据传输。 传真作为一稀髓闻时传送瑟像、文字的通信手段，已被广泛愆旋霞， 传真机以其设备简单，操作方便，通信快捷等特点深受人们欢迎。使用t c p i p 捺议中戆套接字技术，基行缡铡了网终逶菇拷议，著辩阏络技羧数据像进行 c r c 码的校验，同时运用多线程编程授术使褥网络上传真文件的发送和接收 传输达到同步，运用数据库这管理技术来管理传真收发过程中产生的相关 静信惑，实甄对手黄爨信惠豹采集、发送、接l | 雯、管联、查诲、统诗、分辑、 存储等功能。 本系统的运彳亍将使计算机可靠地保留和备份传输的文件；数据库提供 的先踅l 的管理查询手段，消除r 传真浪费纸张的现象，加强了对重要传真文 件的管理，改变了传真分发的传统模式，降低传真通信的成本，提高了传真 通痿瓣可靠魅秘可管瀵性。 关键词：计算机网络、套接字、多线程、网络传真、协议 纂| 菱 大连理工大学硕士学位论文 a b st r a c t t h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e ti sm a i n t a i nc l o s ei i n kw i t ht c p i p p r o t o c o l ，b e c a u s et h ed a t at r a n s f e ro fc o m p u t e rd e p e n d so nt h et c p i p p r o t o c 0 1 s ot h es o c k e ti st h eb a s i e a lu n i to fi n t e r n e tc o m m u n i c a t i o n t h es o c k e t sc a nb ec o n s i d e r e dt h ee n d so fd i f f e r e n th o s t sw h i c h e o m m u n i c a t ee a c ho t h e r i tm a k e st h ep l a t f o r mb e t w e e ns i n g l eh o s ta n d i n t e r n e t s o c k e t si st h el b o fb r o a e s s t h et r a n s f e ro fn e t w o r ki st h e c o n n u n i c a t i o no f p r o c e s s t h e c o i n n o em o d e li sc l i e n t s e r v e r s y s t e m 。u s i n gt h i sm o d e l ，t h ec l l e n ts e n d sr e q u e s t s t os e r v e r s y s t e m t h es e r v e rs y s t e mw a i tt h ec l i e n t sc o n n e c t i o nw i t had r o c e s s a ss o o na st h ec o n n e c t i o ni sb u i l t ，t h ed a t at r a n s f e ri s i np r o g r e s s b yt h ew a yo fd e s i g n 。 f a xi so n ew a yo fc o m m u n i c a t i o n i tc a nt r a n s f e rp i c t u r ea n dw o r d i nt h es a m et i m e f a xm a c h i n ei sp o p u l a rb e c a u s ei t ss t r u c t u r e u n c o m p l i c a t e da n do p e r a t ec o n v e n i e n t t h i sp a p e ru s e dt h es o c k e t s t e c h n o l o g y ，e d i ti n t e r n e tp r o t o c o l ，r e c t i f yc r co fd a t ap a c k e t u s i n g t h et e c h n o l o g yo fd a t a b a s et or e a l i z ec o l l e c t i o n ，s e n d i n g ，r e c e i v i n g ， m a n a g e m e n t ，e x a m i n a t i o n ，s t a t i s t i c ，a n a l y s i s ，r e s e r v i n go fm e s s a g e t or u nt h i ss y s t e mc a nr e s e r v ea n dc o p yt h ep a p e rd e p e n d a b l y i t c a na l s o s t o p t h ew a s t eo f p a p e ru s i n g t h ed a t a b a s e m a n a g e m e n t ，s t r e n g t h e nt h em a n a g eo fi m p o r t a n tp a p e r ，r e d u c et h ec o s t o fc o m m u n i c a t i o n ，i n c r e a s et h ed e p e n d e n ta n dm a n a g e m e n to f c o i n l l i l n i c a t i o n k e y w o r d s ：n e t w o r k , s o c k e t s ，t h r e a d ，f a x , p r o t o c o l 第2 页 第一篇l 黼e 磷嚣下与t c p i p 协议 第一节t c p i p 体系结构 诗算掇嬲络是由矽l ：多诗舅辊缀域躲，要实臻在各网络的汁 算机之问传输数据，必须要作两件事，数据传输的路径选择和寻 | 壶及保汪数攒迅速可靠的传输。i n t e r n e t 使鞲一种门的计算 机语音( 协议) ，柬1 _ 5 | 汪数搦安全、可靠地到达指定的目的地。 这种谮南分耐部分，即t c p ( r r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c 0 1 传 输控制 力、议) 秘i p ( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 网闻潍议。 我们先看看t c p p 模犁。 s o 的o s f 对服务、接u 和协议 匏壤念区别 一分嗳了，侵它却没有粪瑟熬鬟户群。t c p l p 骥鉴 埘服务、接口和协议的概念区别不像o s i 模型郴样明晰，但很实 翔。p i p 棱型分为鞠层， o s i 对应与o s i 七层横型如下瀚所示 t c p lp 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物鼙辇瑟 应用层 n u l l n u l l 。 传输层 刚络层 j i 机至网络 主瓿至网络 表i 1 o s l 模羽0 旧潆参考偾毋的近似刈应天系 垒壅竺! 查兰塑望兰篓笙兰 上图晚明rt c p i f 是怎样同i s o o s i 模型等价的，它同样 淀饔了+ l c p i p 数层次纯设计以及较心融汉之润静稳夏关系。当 个数据单元从网络应用程序中流到网络接口卡，它通过了一系 列静t c p i p 棱块。这其中静镣一步，数据单元都会丽网络男一 端对等t c p i p 模块所需的信息一起打成包。这样当数据最终传 到网卡时，它成了一个标准的以爪帧( 假设物理网络是以太 嘲) 。面接收端的t c p i p 软馋通过剥去跌太劂蛱并将数据向上 传输t c p i p 帧来处丁接收状态的应用程序煎新恢复原始数据 ( 一静浸磐静了解r c p i p 工巷实质熬方法，楚霞臻霖溅覆廖柬 观察网络中的到处流动的帧中被不同t c p t p 模块所加上的信 息) 。 在t c p i p 模型中，瓦联网层是基于无连接互联网络层的分 组交换网络。在这一层中主机可以把撤文( p a c k e t ) 发往任何网 络，报文独立越传向基标。互联网层定义了报文的据式秘协议， 这就是i p 协议( i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 。互联网层的功能是将报 文发送至l 嚣懿圭| 囊，主要瓣漫诗瓣题是报文潞整和避免瓣塞。互联 网层上而是传输层，该层的 要功能和o sr 模型的该层一样，主 要佼源和雷豹主租之闻河以进行会话。凌层定义了两个端到端的 协议，一个是嘲向连接的传输控制协议t c p ，兄个魁无连接的 用户数据报济波u d p 。t c p i p 协议模型中没自会话层和表示层。 传输层之一 ：是应剧层，它包含所有的蔫层协议，如远程虚拟终端 协议t e l n e t 、文件传输协议f t p 和简单邮件传输协议s m t p 等。 这些毫层协议申常e 躲熟t e l n i 协议，爱素允许用户远程蹙再；= 刽另一台u n i x 机器；f t p 协议用来传输文件，常见的w uf t p ( w a s h i n g t o nu n iv e f s i t y 的阿p 骚务器端稃j ，是一个免赞程 序) ；s m t p 协议剧求传送e m a i l ，常见的服务器程序还有 ：! 整些t 垒望竺。兰! i 燕兰一 n e t s c a p e 等公司制作的程序，电白免镄使用的s e n d m a 1 程序： 还有城名骚务1 ) n s 融议，瑟阉缀传送融议剥弦，焉j 二w 并g 的趣 文本传输协议i i t r p 等。 为了说鞠t c p i p ，请考虑刍使翊h t t pt 趣文本传输协议) 的w e b 浏览器从连接在ln t e r n e t 上的w e b 服务器上获取。页 h t m i j 数据时所发牛的情况。为形成同w e b 服务器的虞链路，浏 整器使用一静被抽象也拣为“套镶日”( s o c k e t ) 瓣高层软俘。 为了获融w e b 页，它通过向套接口写入h t + y p g e t 命令束l 询n b 服 务器发爨凌命令。接下来套接翻软搏 变溺t c p 协议是w e b 骚务嚣 发出包含g e t 命令的字节流和位流，t c p 将数据分段并将各独立 段传到l p 穰块，该模块将数据段转换成数据缀并发送给w e b 凝 务器。 如桑浏览器和服务器运行在0 i 同物理网络的计算机卜( 般 情况如此) ，数据报从个网络传到另一个网终，基到羝达暇务 器所在的那个网。最终，数据被传输到f j j 的地址并被重新装配， 这样w e b 骚务嚣暹过读自己粒套接翻来获褥数搽主予，劳进薅塞 看连续的数据流。对浏览器和服务器来说，数据在这一端写入藤 簇疆丽在另一端凼现，但这只是底下获争的各种复杂酶交互，它 创造了数据经过嘲络无缝传输的假象。 这就是t c p i p 所做的：将许多小嘲联城一个大嘲。并存这 个人列墩就是i n t e r n e t 上提供鹰1 ； l 程序蹶需要的专鞋囊：透信灼擞 务。 对予t c p i p 骞询多l 浚的，懿这警戳落鼍个关毽点： ( 1 ) t c p i p 是一媛用柬把不同的物理网络联在起构成州 际两的礴，议。7 c p i f ，骚接独囊的潮络形成“拿虚拟蚋 网，f hf l ，地址采标# 誊机。 ( 2 ) t c p i p 使用多层体系结构，该结构清晰定义厂每个协 议弱蠹壬至。豫p 秽l i d p 自嬲终应焉程序提供了毫宏黪 数据传输服务，并都需要i p 来传输数据包。i p 有资 话为数螽包至| | 达琶静缝选择合适戆掰由。 ( 3 ) 在i n t e r n e t 主机上，两个运行着的应用程序之间传送 要通过主机的t c p i p 堆栈上下移动。在发送端 l c p i p 模块加在数据上的信息将在接收端对应的 t c p i p 模块一h 滤掉，并将最终恢复原始数掘。 第二节t c p i p 协议族 一、t c p i p 协议的数攒传输过程 t c p 【p 协议所采用的通信方式是分组交换方式。所谓分缎 交换，简单浣就是数据存传输时分成若干段，每个数掰段称为一 个数据包，t c p t p 协议匏基本传辕棼位是数据包，t c p i p 掺议 主要包括两个主要的m 议，即t c p 防议和i p 协议，这两个协议 ；虿苏联合爱强，也j 季瑷i 萁毯协泌联合使用，它们盔数据传输过 程中主要完成以f 功能： ( i ) 首先由t c p 协议把数据分成菥于数据包，给每个数据 包写上序号，以便接收端把数据还原成原来的格式。 ( 2 ) t p 协议给每个数掂包写上发送主帆和接收墨机的地 址，旦写上的源 p 地盎 葶n 爨的e p 缝蛙，数据包就 可以在物理网h 传送数据了。i p 协议还具有利用路幽 算法遘雩亍爨由选簿静功笼。 ( 3 ) 这些数掘包可以通过小同的传输途径( 路山) 进行传 输，由手路径不同，拥| 其他的原因，可能如现顺序 颠倒、数据丢欠、数据失真甚罕重复的现象。这些问 题鄙电t c p 协渡束处蠼，它巽有梭套秘链瑷错溟款功 能，必要时还可以请求发送端重发。简毒之，l p 吣议 负责数据的筠输，丽t c p 协议负责数据的；q 锫传输。 二一、标准的 p 地址 死沦是从使用i n t e r n e t 的角度还是从运 j ：i n le r n e t 鲍角发 看t p 地址和域名都是十分重要的概念，当你与i n t e f i l e t 上其它 爆户进行遗信时，或者寻找i n t e r n e t 熬务静烫源时罄会蠲到 f p 地址戚者域名。 l p 遣缝是i n t e r n e t 主税豹一耱数字型标识，它国部分组 成：是地址滥型；二是网络标识( n e t i d ) ：i 是t 机标t ( h o s t i d ) 。 目翦所使明的t p 协议版本是i p v 4 ，它燃定：”地址的长度 为3 2 位。 n t e r n e t 的网络地址类型f i 丁分为三类( a 类、b 类、c 类) ，每类瓣络中i p 缝鲎款结构鄯鼹络标谚 长度秘妻撬标谈 长度都有所不同。 a 类：，屯是激0 拜然的i ) 她垃均鬣予a 类嘲络。 b 类：凡是以1 0 开始的t ) 地址都属于b 类网络。 e 类：j ，l 是以l l ( ) 玎始的i p 地址鄙鞲于c 类鲻络。 如下幽所示： 012 37 81 5 1 62 3 2 l3 l a0n e i dl f o s t i d blon e ti dh o s t i ( i ejl0n p td限，“i t 慝l 一2i p 地蛙分类 由此可见a 类网络i p 地址的网络标识长度为7 位，t 机标 识静长度为2 4 位。b 菸网络 p 圭| 亟氆的网络标识民度为1 4 侉， 丰机枷；u 长度j 6 位。c 类网络i p 地址的网络标识长度为21 位，手机标汲长度为8 位。这样大家可以容易地计算出 i n t e r n e t 整个i p 地址窄问的冬类网终数耳和每个网络地址中司 以容纳的主机数目。 三、鹱动jn l e r n e tf ：份兹协议集 t c p i p 是联网计算机之问相互谶行通信所使用的种标 准。至予这些计算辊怒否在司一个稠络或是瓣搠在不麓嘲络上浏 是无关紧要。i c p i p 是一个独立于平台的标准，它在不同计算 机之间、不同绦作系统之间和不同网络之间的“鸿沟”上建立起 座姻亘沟通的桥梁。是它驱动凑全球! 巨联嬲，丽仝球互联嘲则 使得t c p i p 如此流行。 t c p i p 金稼是传翰控刳协渡稠黪密瀵。在霹络术语中，汝 议是为了在两台汁算机之间交换数据扁预先规定的标准。t c p i p 是一令斑议棱，丽t c p 和 p 灵是其中两个主要协议积已。 装在计算机的t c p i p 软件提供了一个包括t c p 、i p 以及 t c p i p 协议集中其它协议的工具平台。特别是它包括，些高层 次的戌用程序如f t p ( 文l 牛传输 办议) ，它免讥用户盔命令行上 进行网络文件传输。 t c p 弦是美国政府资助懿瘫级谚究计划漂( a r p a ) 盎“o | - 附纪七f - 年代的一个研究成果，用来使仝球的研究网络联在超 形成一个纛叛鲻络，疆互裁是鹜际瓦联弼。厥始的i n t o f n o l 遴过 垒堕竺二查堂! 壁! 兰堡鎏墨 将已有的网络如a r p a n c t 转换到t c p i p 卜来而形成，而 i n t e r n e t 最终成为翔今弱窝际要联嘲瓣7 蒸子瘸。 如今t c p i p 如此重要的原因，在于它允l ：独立的网络加入 到i n t e r n e t 。加入i n t e r n e t 的每个阏络通过一种喇儆路国器戚 l p 路由器的设备在物理h 联接住一起。路由器是一惫燃来从一 个网络到另一个网络传输数搛包的专用计算机。在一个使用 5 f c p i p 的内部网中，信息通过使用秘独立| ；| 勺叫镘l p 包( i p p a c k e t ) 或p 数据报( i pd a t a g r a m s ) 的数据币元进行传输。 t c p i p 较转使得每台联至l 弱臻圭二戆计算壤裁英蹙诗箨瓿“著” 起柬模一样，事实上它隐藏了路由器和基本的网络体系结构并 使各方丽看起柬都像一个夫溺。如同歇入以太掰时需簧确认1 。个 4 8 位的以太刚地址榉，联入一个内部网也需要确认一个3 2 位 的i p 地址。我们将它用带点的i 避制数表示，如 1 9 9 8 3 5 。6 6 。给定一个远程计算枫憨i p 地址，在菜个内部蹦或 i n t e r n e th 的本地计簿机就可以像在同一个物理网络中的嘲台 诗嬖槛鄂撑起远程诗算枧发送数据。 t c p i p 提供了一个方案用来解决属于同一个内部网而分属 于不葡物理丽瀚两台诗算梳之闽怎样交换数霸瓣闷疆。这令方案 包括许多部分，而t c i ) i p 协议集的每个成员则剧来解决问题的 某个部分。如t c p i p 协议集巾最基本的协议一i p 阱议用束往 内部雕中交换数据并娃执行一碘重要的功能：豫由选择一选择数 据报从a 机到r 主机将要经过的路径以及利用合适的路由器完 成不弱阚终之闽的跨越( h o p ) 。 t c p 足个更高层次的协议。它允许运行在_ i 同土机 的鹿 圈程净相互交换数蕤滴。t 将鼗霸流分残4 、段# q 数t c p 数搬段 ( | l c ps e g m e n t s ) ，j = 利用l p 朗议进行传输。在大多数悄况卜， 叁垄些! 叁z 翌! ! 兰篓燕兰 每个f c p 数据段装在一个数据报中进行发送。f i t 如需要的 话，t c p 将把数罐段分减多拿数据摄，霜 p 数据掇燃与同一黼 络不同主机间传输位流和字节流的m a c 数据帧相容。由一j 。i p 并 巧i 能保证接收酌数据报的顺序褶+ 一致，t c p 会在接收菊装配t c p 数据段并形成一个不蚓断的数搬流。f t p 和t e n e t 就是聪个非 常流行的依靠t c p 的t c p i p 应用程序。 爿+ 个重癸的t c p p 协议集的成员楚用户数掇掇揍议 u d p ，它同t c p 相似但比t c p 原始许多。t c p 是一个可靠的办 议，因为它有镄误检查露握手魏汲寒缣涯数掇完整静霹达鏊的 地。u d p 是个不可靠的协议，因为它不能保证数掘报的接收顺 序嗣发送簸序稳同，甚至不麓保证它们楚否令部蓟达。如采有可 靠性要求，则应用程序避免使用它，当速度的鬻求高于可靠性的 情况下掰u d p 。同许多r c p i pl 具同时提供g n m p ( 简单网络管 裂协议) 就是一个使爱u d p 协泌的应用铡子。 其它t c p i p 协议在t c p i p 网络中：作在鞯后，但同样也发 撂着重要俸鼹。铡翅避缝转换协议( a r p ) 跫将已翔黪另台枧 器的i p 地址转换为物理网络地址如以太网地址。而反向地址转 换谤议( r a r p ) 傲静工作是将已知的鑫已本机静物理嘲络地圭韭转 糗为自己的l p 地址。网际控制撤文协议( i c m p ) 则是个支持 住协议，它利用l p 完成i p 数獬报在传输时的控制信息和错误信 息的传蝓。例如，如果个路由器不能向盼发送一个lp 数掇 撤，它就会利用i c m p 来告诉发上跫名这罩出现了问题。 第二篇客户机与服务器 篇一节基本原理 大家知道，网络的一种基本用法怒允许资源的共享。在许多 时闻里，这种共享通过两个独立的程序来完成，分别运符在不同 的计算机上。个稃序称为服务器，提供特定的资源：另一个程 序称为客户枧，惩于利用资源。镶翅，缓设嗣户在叁曩瓣pc 视 上运行一个字处理程序，他告诉该程序想要编辑一个网络卜其他 诗算帮i 内存放蕾豹一个蒋定文，f 牛，嘲该程序翔鄢台计簿祝发送一 条消息，请求传送该文件。存这种情况f ，字处理程序就是客户 机，而接受请求并发送文件的程序就魁服务器。更确切地说，它 是一台文件服务器。 在局域网中，硬件更易于观明问题，通常人们用“服务器” 一词摆运行鼹务器程序戆实际跨算机。 在i n t e r n e t 上，通常看不剑硬件，术语“客户机”和“服 务器”一般指申请帮爨供鞭务豹程序。这里有一个重要的铡子。 许多i n t e r n e t 地点提供种称为“f t p ”的服务，用户使用 p 时，将涉及两个不同的程序。首先是提供界面的程序，浚程 序解释剧户的，砖键、显示菜单，通常还确认剧户的请求已被定 义。眩程序称为f t p 客，、1 机( 浏览器已经包含了这个功能) 。” 一个程序是为f t p 客霉i 犍供黻务载，该程序稼为f t p 缀务器。 该系统的优点是客户gl # u t i b i 务器程序不必运行在同一计算机 一l ：。事实上多数情况_ 卜- ，客，t 瓿帮强务器程亭分别驻留在不嗣瀚 汁算机。| 二。例如，剧j 、i 叮以坐存人连的一台计算：机静丽，使用 f t p 下蕊位t1 0 0 0 公警之外的北京某个服务器t 的可下载文 垒堡竺! 叁兰堂! 兰簦堡兰 件。这种情况f ，f t p 客户机是运i j ：在p c 卜的程，腼r t p 服 务器鲻是奁爨渴另一令迭方熬一台谤篱：瓿主运写亍鹩程垮。 i n t e r n r l 的所有服务都用这种客户机服务器模式连接。学 习翔何使瘸f n t e r n e t 实际卜就是学习翔翻便霜各个客户枫程 序。凶此，为了使用某个 n t e r n e t 服务，用户必须理解： ( 1 ) 如何启动该项服务的客户机程序。 ( 2 ) 如俅把要使用的鼹务器告诉客户枧程序。 ( 3 ) 这种类型的客户机必须使用的命令。 用户夔l 。佟是启动客户t 莓l 势告知簧骰抟_ _ ：l 二傅，客户祝豁工佟 足连- f u i l f 确的服务器，保证剧j o 命令正确地完成。 客户梳灏务器( c t j e n t s e r v e rs y s t e m ) 是强静分布式秘 络普遍采用的种技术，也是i n t e r n e t 所采用的最煎要的技术 之一。了解客户棍碾努器系统的基奉概念以及在i n t e r n e t 中的 灵活应用对i n t e r n e t 用户来淡颇为有蘸。一般漉来，c t i e n t 嬲 s e r v e r 是指稃序而言，因此可以译成客j 、，程序和服务程序为 好，_ | = t 终，s e r v e f 确时也包括鼹务程序以及穗供鼹务时所鬣要 的数据，在这种情况下译成服务器【乜未尝不可。只是因为没有客 户器静涎泫，釜褥不够对称。 存分布式网络环境下，一个应用程序可以分为两部分，即客 户程序和服务稷序。这种应用稃序运行时，它茸先要稿动或调用 客户撺序并且遽过有关命令告器客，、程序露受与哪个服务程序 ( 有时对用户来说是透明的) 进行连接以及完成哪种操作。，此刻 客户礁序即可与服务程序建立联系并把自关信患变给麟务程序， 服务程序则按照客户程序的要； ；提供丰h 应的服务( 如把盘找到的 麓患传逮给客j o 程序等) 。 墨竺些三叁堂坚! ：兰堡堡! 需要注意的足，客户程序与服务秘膨的连接过程是呵以童复 遴行熬，这耪连接方式蘸为客p 程序嘏务程序瓣链式逢搂 ( c h a in e dc o n n e c t 1 ) 。这种情况在使用i 耵e r n e l l 时经常发 生，有时莲入+ 个应用程序之后常常楚觚美国到荚困，飘英函到 新加坡，再从新加坡到香港。经过辗转反复之届甚至连自己也小 知道从哪个系统进入的。人们常把这种方式称为漫游 i n t e r n e t 。 客户程序和服务程序之问的通信必须依赖特定的邋信协议， 这些携议在l 、( ；p i p 协议蕊窭层结掾中艘矮应用爱协议。 客户机服务器系统是网络化信息应用系统的一个重大进 步。其主要 莞点是： ( 1 ) 把一个应用系统分成两部分，并日在i i 唰的主机e 运 行，i ；j j 以简化应用系统的程序陵计过程，辩别是可以 使客户程序晦服务樱序之阈的通信过程标准化。l f 隳 为如此，i n t e r n e t 上的同一种服务往往有许多种不同 款客，、程序和不同的鼹务疆；箩，这些程序爨为是按照 相同的通信协议设计的，故n 1 可以存不同的硬件环境 鞠漂 乍系统环境下运行并置有效遗滋行通信。这 卜h 是 i n t e r n e t 的成力所在：， ( 2 ) 把客，程序和服务挥序放在不同的主机上( 当然也可 以放究相同的丰桃卜) 运行以实现数据的分散化存 储和集中化使用。这意味蕾可以降低应用系统刑硬件 的技术要求( 如内存襄磁盘鲶窖鬃以及c p u 遽度 等) ，使备种规模的计算机( 包括最普通的微机) 都 潋侔为j w e r n 的手掇使甭。这滋是i n 7 、e l ( n f t f 的 冀捌一 。 查些些1 查兰型1 兰堡堡兰 第二节服务器模型 在网络程序罩面，一般的来晚都是许多客户机对应个服务 器。为了处理客户机的请求，读服务端的程序就提出了特殊的要 求。我们介绍一下目前最常用的服务器模型。 循环服务器：循环服务器在同一时刻只可以响应一个客户端 的请求。 并发服务器：并发服务器在同一时刻可以响应多个客户端的 请求。 2 1 循环服务器：t d p 服务器 u d p 循环服务器的实现非常简单：u d p 服务器每次从套接字 上读取一个客，- 端的清求，处理，然后将结果返回给客户机。 可以用下而的算法来实现： s o c k e t ( ) b i n d ( ) w h i l e ( 1 ) r e c v f r o m ( ) ： p r o c e s s ( ) ； s e n d t ( ) ( ) ： 因为u d p 是面向无连接的服务，没有个客户端可以总是1 1 i 停服务端。只要处理过程不是死循环，服务器对于每一个客户机 的请求总是能够满足。 2 2 循环服务器：t c p 服务器 盔望些! 叁兰竺兰兰些鳖。 1 c p 循环服务器的实现也不难：t c p 服务器接受一个客户端 的连接，然后处理，竞成了这个客户的黢青请求蜃，繇开连接。 算法如下： s o c k e t ( ) ： b i n d ( ) ： | is t e n ( ) ： w h i l e ( 1 ) a c c e p t ( ) w h i l e ( 1 ) r e a d ( ) ： p r o c e s s ( ) ： w r lt e ( 。+ ) ： c l o s e ( ) ： ) t c p 德骂戴务器一次，、e 6 。t 5 处理一个客户端的请求。只宙在这 个客户的所有请求都满足后，服务器才可以继续后面的清求。这 襻翔采有。个客户端占往服务器不放时，其它的客户视都不能工 作了。因此，t c p 服务器一般很少垌循环服务器模型的。 2 3 并发服务器： 为了弥 缀坏t c p 鼹务器的缺陷，人们又恕出了劳发缀务嚣 的模型。并发服务器的思想是每一个客户机的淆求并不由服务器 蕊接处遴，两是缀务器创建拿于进程来处理。 叁望些! ，叁兰鐾兰兰婪堕兰 一般包括三种类型：t c p 服务器、u d p 臌务器和多路复用 u o 。 t c p 并发服务器可以解决t c p 循环服务器客户机独占服务器 豹渣况，不过迄同时带寒了一个不小鹣润题。为了臻疲客撬的 清求，服务器爨创建予进程来处理。而创建子进程是一种非常消 耗资源的操作。 多路复用t o 是为了解决创建子进程带束的系统资源消耗蕊 产生的模型。 。般的米院当我们在向文件读写时，进程有可能在 读写时骧塞，赢到定瓣条俘滤足。比如我髓鼹一令套接字读数 据时，可能缓冲区罩面没有数据可读( 通信的对方还没存发送效 撵过寒) ，这个时娱我们酶读镧雳藏会等待( 1 鞋耋) 套翻有鼗据 町读。多路复用i o 可以解决资源限制的问题，这模型实际上是 将u i ) p 循环模型用在了t c p 上黼，这盘就带束了一些问题，如由 于服务器依此处理客户的请求，所以可能会导致有的客户会等待 很久。 著发i j d p 服务器模型其实楚篾单的，积劳发载瞄p 鼹务器糗 型一样是创建一个子进程来处理的算法。 除嚣骚务嚣在处理窖户端的渍求魇用麓时瓣魄较长以努，久 们实际上很少h j 这种模型。 夫琏避工天学峨 掌往硷盅 籀三篇套接字( s o c k e t s ) 模溅 第一繁s o c k e t s 技本 在8 0 年代翠期，远景研究规划髑( a d v a n c e dr e s e a r c h l h o j e c tl l g e n c y ，勰麓) 浚肇了熬秘褥冕蘧麦掌浆竟剽分羧嚣一 个研究组，让他们将t c p i p 软件移植列 ；n i x 操作系统巾，并将 缭蓉鬟供泠其穗瓣点。俸旁顼g 辩一帮势，设诗卷粥翻戆了一个 搂口，应蹦进稷使月这个接口可以进幸亍越j l t 。他们决定，只要鸯 可能就锼糟已有躺系统调厢，对鄢些不舷方便容入已有黼数集的 骑嚣，瓣煺挺瑟的系统谜鲻数支持踅 p 功忿。这鬓擞靛绥暴 就出现了捅口撩j 1 ( 磷接字) ，这个蕊统坡称为b e r k e l e l y u n i x 或b s c 添l 篾。卷予诲多鞋、冀戴 囊，楚英楚豫s u n m i e t 、o s y s t e m ， t e k t r o n i x 骧甓t ) i g i t a l 这薅熬互箨蛞潮造舞，氇髓采鬻了 b e r k e l e yu n i x ，f 是夺 午多机器上都可以使剧撼口接嗣。这 样，掭弱接日就西被广泛应用，璐至于成为事实h 的标凇。由予 b e r k e l e y 蕊设诗畿遽溱拯议，憩嚣1 提撰了越篷t c p i p 之辨戆 黢性。他们允许能厢多种协议旅( f a m il y ) ，而搬所有t c f i p 协 议表示惫挚 瓜族( 簌p 冀。i n e t ) 。遂嚣j 还浚定，适应瑟糕序整鼷 所骠求的服务类型( t y p eo fs e r v i c e ) 来指明操作，而不是措 磷协谈名。透魏+ 令彦瓣疆骞不嫠去撵磺恁需爱令+ 踅p 连 接，而魁疆求使用ir l t e r n e t 协议凝的流传送ts t r e a m t r a n s f o r ) 类型鹊服务。 郧么到旌嚣么是套接宇? 最籀举建醚t 套接掌鼓是魁绻送撵 龄i ) 。刚蹈通信，归根结底是进程的邋倍。壳网络中每个节 查些些! 查鲎堕! ：兰垡堕兰 点有一个网络地址，两个进程通信时，首先要确定各自所在例络 疆点嬲焖络地皱：、但是，剐络地址 畿确定进程所在的这算枕， 而一台计算机j ：可能存同时有多个网络进程，还不能确定到底是 其中熬薅令送稷，霆藏套接字中还需餮有萁憩瀚信愚，鄂裁是端 u 号( p o r t ) 。在1 台计算机中，一个端口一次只能分配给个 进程，即在台计算机中鞴醋号与进程是一对应的关系。因 此，端口号5 和网络地址就能唯一地确定繁个i n t e r n e t 中的个 网络进程。丁以认为： 套接字= 嘲络建墟+ 端墨号 套接宁种类很多，主要有流式套接字( s r e a ms o c k e t ) 和 数据套接字( 1 a t a g r a ms o o k e t ) 。两祷套接字麴区掰在于德们 使用f ：恫的协议。流式套接字使用f c p 协议，数据报套接字使用 u d p 济议。亿p 协议，虢是传输控制协议，是一种面向连接的、 可靠的、双向通讯的数据流。我们蜕它是可靠的，它使用二段式 握手方式传输数据。另外，t c p 保证数据的顺序。如粜向流式套 接字脓序输出“l ，2 ”，那么数据也将援颁廖“l ，2 ”到达男一 边。t c p 是无错误的传递的，有自己的错误控制机制。使用t c p 协议黪套接字怒滚式套菠字。t k l n e t 使秘戆裁是浚式套接字。 u d pf 办议，就是用户数掘报协议，提供对数据的卣接访问权，传 输时无连接，不执行清对端酌；叮靠往裣奁，也没有验证技术，溺 此是一种不太可靠的协议一如果发送一个数据报，它可能到 达，也可能中间丢失，而且传到时可能次序颠倒了。小过 到达，那么在这个包的内部是无错误的。u d p 玎销比较低 预先建立连接，传输时f i 必确认，当我们要传输的数据不 对数据传稔霹靠睦兹要求不是特潮高鹣时候，戴可强经掰 如果它 ，l i j 琵 0， 别 嚼 足压理下夫。笋坝l 学位淦立 议。使用数掘撒套按字最好在应f = f j 程序中有“定的弥补措施，以 确认数掇是否正确传输。 第二节网络通信过程中s o c k e t 的使用 潮络编程中最常范的是客户服务器模式。以该模式编程 时，服务端有一个进程( 或多个进程) 在指定的端口等待客户柬 连接，服务程序等待客户的连接信息，一旦连接上之后，就呵以 按设计的数据交换方法秘掺式避行数撂传竣。客户斌在需要匏时 刻发出向服务端的连接清求。卜 而讲述中所用到的调用，将在下 一部分逐嚣详缀数酒述，这里为了淫予疆解，疆癸了这些溪；专 及 其大致的功能。 使蠲s o c k e t | 鼋角盾，仅产生了一个可以筏用的s o c k e t 描述 符，这时还不能进 j ：通信，还要使，e l 其他的调用，以使德 s o c k e t 所指的结构中使用的信息被填写完。在使用t c p 协议 时，一般服务端进程先使用s o c k e t 调蹋褥裂一个描述餐，然后 使用b i n d 调用将个名字与s o c k e t 描述符连接起来，对予 i n t e r n e t 域裁是跨i n t er 。n e t 遗墟联缡铡s o c k e t 。之后，爨务鹚 使用1 i s t e m 调用指出等待服务清求队列的长度。然后就可以使 溺a c c e p t 调甬等待客芦，漆发熬连接( 一觳是黼豢等待连接) ， 一旦有客户端发出连接，a c c er ) i 返回客户的地址信息，并返回 个新的s o c k e t 描述符，该插述符与原先的s o c k e t 有相同的特 性，这时服务端就可以使用这个新的s o c k e t 避行读写操 莹了。 一+ 般服务端可能在a c c 。p t 返回后创建一个新的进程进行与客， 粒遗信，父进程烈_ 蓐到m c e p t 调嗣处等待另令连接。客户游 进程一般先使用s o c k e t 调用得到个s o c k e t 描述符，然后使 用c o f t i c t 向指定豹骚务器上的指定端口发起连接，翻连接成 叁堕些三查堂些! 堂堡堡兰 功返回，就说明已经建立了与服务器的连接，这时就iu 以通过 s o c k e l ，越述褥遴i 亍滇写操 乍了。 使用无连接的u d p 协议是，服务端进程创建一个s o c k e t ，之 焉辍霜r e c vc r o r n 接收客户端戆数据擐，然后溺孺s e n d t o 将要返 回客户端的消息发送给客户进程。客户端也要先创建一个 s o c k e t ，存使嗣s e n d t o 向服务端遗程发出请求，使用r e c v f r o m 得到返回的消息。 下面是在客户和服务端使用t c p 时，客户进程和服务进程使 岗系绞渊 e 鞋f 留浚程。 客户端服务端 s o c k e t0 s o c k e t ( ) w r i t o ( ) r 。嘉( ) ， c 1 0 s e 0 a c c e p t0 ) ，曳( ) 圈3 1 客户进程和服务进程调用流稃 ，士啦i士 魄 1。士 ( ( 0 e t 8d | i ， w c 杰踅型三查生塑! ：竺堡曼兰 第三节 s o c k e t 套接字的基本操作和函数调用 先介绍流式套接字的操作，数据报套接字的有关操作在后觏 简单介绍。 创建套接字函数： i n ts o c k e t ( s k f a m i l y tf a r o i l y ，ln tt y p e ，i n tp r o t o c o ) 雳柬叟域一个套接字戆捂述雩啻。 绑定套接字函数： i n t 断n d ( i n ts o c k f d 。c o s ts t r u c ts o c k a d d r * m ya d d r ，in ta d d r l e n ) ： 将套接字和机器上韵一定的端关联起来，这个调厢不是必 须执行的。用s o c k e t 0 得到的套接字可以基按调用c o n n e c t 0 ( 客户端使用) 或t i s t e n 0 ( 服务端使用) ，这时内核会自动 给套接字分配个地址翔斌r | 号。尤其客户端，缀少馒用b i n d 0 这个系统调用。 连接羰务嚣溺鼗： in tc o n n e c t ( in ts o c k f d ，c o n s tstf u c ts o c k a d d r *serva d d r ，1 n ia d d r l e n ) ； 创建了 个套接字之后，我们就希涩它和另一台_ = = 枧| = = 的荩 个网络进程连接，连接之后才能进行数榭的传输( u d p 协议不用 事先连接) 。客户端秘鼹务鲻完成连接熬方式是不疑终。 c o n n e c t 0 系统调用客户端用柬b 服务器连接的。 整听连接s o c k e l 熬爝数： i n tl lsl e n ( i n ts ( h ：k f d i n th a c k j o g ) ： 土= 琏雌 凡辞：啦 l 予“ 辘耋父 客户端要连接服务器时就调并j6 m n e c t 0 ，服务端使朋 l i s t e n 0 获撂迄接。与謇广；端瓣l 佟方式枣隧，鼹务器遂程事先 不知道谁要与自己连接，因此不会_ _ 三动地要求与某个进程连接 ( c o n n e c t 0 ) ，它是跫蕊嘶是轰有其 | 童避耀( 客户遘程) 要求与它 涟接，并对该连接请求作出处瑚。一个服务器进程可以同时处理 多个客广；避程的连接请求。 建立连接的幽数： i n ta c c e p t ( i n ts o c k f d ，s t r u c ts o c k a d d r * c le n t a d d r i n t 率甜d r l e n ) ： 服务器一般是先调用l i s t e n ( ) 监晰，然后用a c c e p t ( ) 逐 处瑾骞个连接，a c c e p t ) 鲢参数c l i e n t _ a d d r 窝a d d r l e n 返回黥 怒完成连接队列中的第一个连接的有关信息，电就是最早的一个 涟疆。a c c e p t0 话确逐潮时，逐圈一个套接字描述符。这翠出蕊 瞬个套接字，一个在参数中出现的，“监听套拔字”，另一个是 凋甬返阐的，我们称之为“连接套接字”。它们的区别见下表 整瓯套揍字连接套揍字 创建s o c k e t ( ) a c c e p t , 0 r 副喇0 ，i is t e n 0 。稔入输出搽侔。可鞋 a c c e p t 0 是一般的文件读写调 角，或者是黜络文搏 专用涵数s e n d 0 ， r e c o 】v e ( ) p 箍骄来叠客户端的 t i 菜个露p 送摇连 连接请求，弗建“范接，宠成具体的数擐 连接传输工作 生存周期个服务器进程岛一次连接对应个连 一令遂孵黉接字襁接黉筵