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广州Linux培训详解:socket编程原理

  • 时间:2016-09-27
  • 发布:广州linux培训
  • 来源:达内新闻

广州Linux培训详解:socket编程原理

1 问题的引入

UNIX系统的I/O命令集,是从Maltics和早期系统中的命令演变出来的,其模式为打开一读/写一关闭(open-write-read- close)。在一个用户进程进行I/O操作时,它首先调用“打开”获得对指定文件或设备的使用权,并返回称为文件描述符的整型数,以描述用户在打开的文 件或设备上进行I/O操作的进程。然后这个用户进程多次调用“读/写”以传输数据。当所有的传输操作完成后,用户进程关闭调用,通知操作系统已经完成了对 某对象的使用。

TCP/IP协议被集成到UNIX内核中时,相当于在UNIX系统引入了一种新型的I/O操作。UNIX用户进程与网络协议的交互作用比用户进程 与传统的I/O设备相互作用复杂得多。首先,进行网络操作的两个进程在不同机器上,如何建立它们之间的联系?其次,网络协议存在多种,如何建立一种 通用机制以支持多种协议?这些都是网络应用编程界面所要解决的问题。

在UNIX系统中,网络应用编程界面有两类:UNIX BSD的套接字(socket)和UNIX System V的TLI。由于Sun公司采 用了支持TCP/IP的UNIX BSD操作系统,使TCP/IP的应用有更大的发展,其网络应用编程界面──套接字(socket)在网络软件中被广泛 应用,至今已引进微机操作系统DOS和Windows系统中,成为开发网络应用软件的强有力工具,本章将要详细讨论这个问题。

2 套接字编程基本概念

在开始使用套接字编程之前,首先必须建立以下概念。

2.1 网间进程通信

进程通信的概念最初来源于单机系统。由于每个进程都在自己的地址范围内运行,为保证两个相互通信的进程之间既互不干扰又协调一致工作,操作系统为 进程通信提供了相应设施,如UNIX BSD中的管道(pipe)、命名管道(named pipe)和软中断信号 (signal),UNIX system V的消息(message)、共享存储区(shared memory)和信号量(semaphore)等, 但都仅限于用在本机进程之间通信。网间进程通信要解决的是不同主机进程间的相互通信问题(可把同机进程通信看作是其中的特例)。为此,首先要解决的是网间 进程标识问题。同一主机上,不同进程可用进程号(process ID)唯一标识。但在网络环境下,各主机独立分配的进程号不能唯一标识该进程。例如,主 机A赋于某进程号5,在B机中也可以存在5号进程,因此,“5号进程”这句话就没有意义了。

其次,操作系统支持的网络协议众多,不同协议的工作方式不同,地址格式也不同。因此,网间进程通信还要解决多重协议的识别问题。

为了解决上述问题,TCP/IP协议引入了下列几个概念。

端口

网络中可以被命名和寻址的通信端口,是操作系统可分配的一种资源。

按照OSI七层协议的描述,传输层与网络层在功能上的最大区别是传输层提供进程通信能力。从这个意义上讲,网络通信的最终地址就不仅仅是主机地址 了,还包括可以描述进程的某种标识符。为此,TCP/IP协议提出了协议端口(protocol port,简称端口)的概念,用于标识通信的进程。

端口是一种抽象的软件结构(包括一些数据结构和I/O缓冲区)。应用程序(即进程)通过系统调用与某端口建立连接(binding)后,传输层传 给该端口的数据都被相应进程所接收,相应进程发给传输层的数据都通过该端口输出。在TCP/IP协议的实现中,端靠纪纪作类似于一般的I/O操作,进 程获取一个端口,相当于获取本地唯一的I/O文件,可以用一般的读写原语访问之。

类似于文件描述符,每个端口都拥有一个叫端口号(port number)的整数型标识符,用于区别不同端口。由于TCP/IP传输层的两个协议 TCP和UDP是完全独立的两个软件模块,因此各自的端口号也相互独立,如TCP有一个255号端口,UDP也可以有一个255号端口,二者并不冲突。

端口号的分配是一个重要问题。有两种基本分配方式:第一种叫全局分配,这是一种集中控制方式,由一个公认的中央机构根据用户需要进行统一分配,并 将结果公布于众。第二种是本地分配,又称动态连接,即进程需要访问传输层服务时,向本地操作系统提出申请,操作系统返回一个本地唯一的端口号,进程再通过 合适的系统调用将自己与该端口号联系起来(绑扎)。TCP/IP端口号的分配中综合了上述两种方式。TCP/IP将端口号分为两部分,少量的作为保留端 口,以全局方式分配给服务进程。因此,每一个标准服务器都拥有一个全局公认的端口(即周知口,well-known port),即使钥纪纪同机器 上,其端口号也相同。剩余的为自由端口,以本地方式进行分配。TCP和UDP均规定,小于256的端口号才能作保留端口。

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